07/07/2015

Ottimizzazione energetica nei sistemi di approvvigionamento idrico multisettoriale con analisi di scenario e bilanciamento costo-rischio

(1) Dipartimento di Ingegneria Civile, Ambientale e Architettura, Università di Cagliari –
email : jacopo.napolitano@gmail.com
(2) Dipartimento di Ingegneria Civile, Ambientale e Architettura, Università di Cagliari –
email : sechi@unica.it
(3) Dipartimento di Matematica e Informatica, Università di Cagliari, Italy –
email : zuddas@unica.it

UNICA                                      DICAAR

L’ottimizzazione delle regole di attivazione degli impianti di sollevamento in sistemi di approvvigionamento idrico multisettoriali è un problema di grande rilevanza per gli enti gestori. In particolare, la sua soluzione dovrebbe consentire di individuare la gestione efficiente dei trasferimenti di emergenza nei periodi a rischio di siccità, trasferimenti in genere caratterizzati da costi energetici elevati.

Per la soluzione di questo problema si deve ricorrere a specifici strumenti di ottimizzazione che possano considerare la possibilità di accadimento di diversi scenari idrologici, in alternativa tra loro. L’efficacia del trasferimento di emergenza per alleviare la siccità richiede l’attivazione degli impianti con un preallarme fornito con adeguato anticipo ma, d’altro canto, gli elevati costi operativi e di gestione degli impianti sottolineano l’esigenza che sia ottimizzata l’efficienza di questi sollevamenti, sia in termini di riduzione dei costi associati, sia alla possibilità che l’acqua trasferita risulti non necessaria, e quindi in surplus rispetto alla effettiva esigenza del sistema.

Sul primo aspetto di riduzione dei costi interviene, ovviamente, l’efficienza di impianto, sul secondo aspetto la possibilità di accadimento di scenari idrologici più o meno critici. I gestori del sistema hanno quindi la necessità di un approccio robusto nel definire le regole di attivazione dei sollevamenti, in particolare se siamo in presenza di sistemi complessi multi-serbatoio che consentono la regolazione dei deflussi su più anni idrologici. La procedura di ottimizzazione proposta è stata basata sull’analisi di scenario (Pallottino et al. 2004; Kang et al. 2014).

Inoltre, con la soluzione del modello si ha l’obiettivo della identificazione di regole di decisione ottimali bilanciando il rischio della carenza idrica e il costo di funzionamento delle stazioni di sollevamento (Gaivoronski et al. 2012a, 2012b; Napolitano et al. 2014). L’Ottimizzazione Scenario fornisce valori “baricentrici” che definiscono la soglia di attivazione di impianto sull’albero degli scenari utilizzati. L’approccio di bilanciamento costo-rischio è necessario al fine di bilanciare le esigenze di minimizzazione del costo energetico e la riduzione di danno che può essere causata da scarsità d’acqua fino a soglie accettabili. Il modello di ottimizzazione è implementato utilizzando il software GAMS-IDE (2008), e i solver CPLEX  per problemi interi misti. La tecnica è stata applicata in un sistema idrico reale nel Sud-Sardegna (Italia).


Se ne parlerà durante il convegno “Efficienza e risparmio energetico dei sistemi idrici” che si terrà l’8 e il 9 luglio 2015 presso l’Università degli studi di Trento.

 


Riferimenti Bibliografici

Pallottino, S., Sechi, G.M., Zuddas, P., 2004. A DSS for water resources management under uncertainty by scenario analysis. Environmental Modelling & Software; 20:1031–1042.
Kang, D., Lansey, K., 2014. Multiperiod Planning of Water Supply Infrastructure Based on Scenario Analysis. Journal of Water Resources Planning and Management; Vol. 140, No. 1, January 1, 2014. © ASCE, ISSN 0733-9496/2014/1-40-54.
Gaivoronski, A., Sechi, G.M., Zuddas, P., 2012a. Cost/risk balanced management of scarce resources using stochastic programming. European Journal of Operational Research; 216:214–224.
Gaivoronski, A., Sechi, G.M., Zuddas, P., 2012b. Balancing cost-risk in management optimization of water resource systems under uncertainty. Physics and Chemistry of the Earth; 42–44:98–107.
Napolitano, J., Sechi, G.M., Zuddas, P., 2014. Scenario Analysis for Optimization of Pumping Schedules in Complex Water Supply Systems Considering a Cost-Risk Balancing Problem. WDSA 2014 Conference, Bari, Procedia Engineering; 89:565-572.
GAMS, 2008. A User’s Guide. GAMS Development Corporation; Washington, DC, USA.

 

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