slide 1 Workshop – 29 Settembre 2003 Costi ed impatto sul territorio dello sfruttamento della biomassa a scopi energetici: unanalisi GIS based Ing. L. Nibbi, ETA – Energie Rinnovabili

slide 2 Workshop – 29 Settembre 2003 Sommario GIS – Note Introduttive Filiera Energia-Biomassa Descrizione metodologia Implementazione algoritmo su base GIS Esempi Conclusioni

slide 3 Workshop – 29 Settembre 2003 GIS G eographic I nformation S ystem In Italiano SIT(SIT) S istema I nformativo T erritoriale (SIT) GIS Si definisce GIS un sistema informatico progettato in modo da permettere allutente di raccogliere, gestire ed analizzare grandi quantità di dati georeferenziati, ivi compresi gli archivi associati GIS Nel senso più esteso del termine, si può definire GIS un qualunque sistema informativo integrato che includa componenti geografici GIS - Note introduttive

slide 4 Workshop – 29 Settembre 2003 La 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) 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 5 Workshop – 29 Settembre 2003 GIS Per raggiungere una competitività della biomassa nel settore energetico,è indispensabile quindi un'analisi economica su larga scala che si avvalga anche di strumenti GIS 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)

slide 6 Workshop – 29 Settembre 2003 Metodologia (1) Scopo dellindagine Eseguire 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 7 Workshop – 29 Settembre 2003 Area in esame selezionata in precedenza sulla base di unanalisi GIS; omogenea dal punto di vista agronomico o forestale. Bacino di approvvigionamento Nellarea esistono zone a vocazione industriale o centri di raccolta potenziali Esiste una produttività annua di biomassa sufficiente ad alimentare un impianto di conversione energetica Metodologia (2)

slide 8 Workshop – 29 Settembre 2003 Localizzazioni potenziali per linstallazione di un impianto di conversione energetica, un impianto di pellettizzazione oppure un centro di raccolta. Le localizzazioni sono il risultato di unanalisi territoriale sulla base di vincoli sulle caratteristiche dellarea interessata (area industriale, accessibilità etc.) Localizzazioni potenziali Analisi dettagliata su di ogni singola localizzazione potenziale Per ciascuna localizzazione posso considerare un set di taglie di impianto diverse, cui corrispondono diversi quantitativi di biomassa in ingresso MWt/anno YX 2Y1.95X …. Metodologia (3)

slide 9 Workshop – 29 Settembre 2003 Rete di trasporto Larea oggetto di analisi è percorsa network di da un network ditrasporto al quale si collega la localizzazione potenziale in esame Metodologia (4)

slide 10 Workshop – 29 Settembre 2003 Biomassa Per larea oggetto di analisi conosco la localizzazione delle aree di produzione della biomassa… … e per ciascuna zona di produzione conosco un set di informazioni circa la produttività ed i costi ad essa correlati quali quelli dovuti ad esempio alla raccolta/esbosco della biomassa produttività costi di produzione costi di raccolta costi di esbosco ….. Metodologia (5)

slide 11 Workshop – 29 Settembre 2003 Biomassa La localizzazione delle aree di produzione della biomassa… … mi consentono di individuare i punti di accesso della biomassa alla rete di trasporto … e la mappa del network dei trasporti… Metodologia (6)

slide 12 Workshop – 29 Settembre 2003 Metodologia (7) Posso adesso considerare il trasporto della biomassa da ciascuna zona di produzione alla localizzazione potenziale in esame Il collegamento avviene attraverso il minimo percorso che unisce i due punti, individuato attraverso algoritmi di ottimizzazione (Dijkstras shortest 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 CO 2 emissioni NO X ….

slide 13 Workshop – 29 Settembre 2003 Metodologia (8) Proseguo nella raccolta della biomassa alla localizzazione potenziale. Per ogni stock di biomassa posso conoscere il costo 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 allimpianto emissioni …..

slide 14 Workshop – 29 Settembre 2003 Metodologia (9) La biomassa viene raccolta in ordine crescente di costo fino a che non si raggiunge il quantitativo di materiale in grado di soddisfare il bisogno dellimpianto. Alcune produttività non saranno considerate poiché…. …in alcuni casi un costo di produzione troppo elevato inciderà negativamente sul costo totale… …in altri casi il costo di trasporto eccessivo porterà allesclusione della relativa produttività.

slide 15 Workshop – 29 Settembre 2003 Metodologia (10) Ho quindi individuato le aree da cui approvvigionare di biomassa la localizzazione potenziale Ho inoltre indicazioni circa landamento del costo della biomassa consegnata allimpianto man mano che questa viene raccolta (curva di accumulazione relativa alla localizzazione ed alla taglia dimpianto prescelta)

slide 16 Workshop – 29 Settembre 2003 Ho inoltre localizzato le strade interessate dal traffico veicolare dovuto al trasporto della biomassa verso la localizzazione potenziale… Metodologia (11) TIPOton/anno/km CO 2 A COB NO X C HCD …….. numero di viaggi …e le conseguenti emissioni dei principali inquinanti in ton annue per km cui sono sottoposte.

slide 17 Workshop – 29 Settembre 2003 Implementazione (1) Implementazione della Metodologia GIS E stato quindi realizzato un algoritmo su base GIS 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 18 Workshop – 29 Settembre 2003 Implementazione (2) GIS ambiente GIS GIS GIS environment INPUT Formati Open Prodotto di Software GIS generico OUTPUT Formati Open Analizzabili tramite Software GIS generico Parameters Raster Maps Data Maps Algorithm FORTRAN90

slide 19 Workshop – 29 Settembre 2003 Esempio (1) Esempio di applicazione Si mostra adesso lapplicazione della metodologia, tramite lalgoritmo 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 limpianto si rifornisce

slide 20 Workshop – 29 Settembre 2003 Esempio (2) Area sottoposta ad unanalisi approfondita attraverso lalgoritmo di calcolo su base GIS. Area selezionata tramite unanalisi effettuata su base GIS. Due localizzazioni potenziali per linstallazione dellimpianto di conversione sono selezionate tramite unanalisi su base territoriale. Input – area analizzata

slide 21 Workshop – 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 biomassa Esempio (3)

slide 22 Workshop – 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 trasporto Esempio (4)

slide 23 Workshop – 29 Settembre 2003 Esempio (5) Output – costo biomassa Curva di accumulazione Impianto 1MW

slide 24 Workshop – 29 Settembre 2003 Esempio (6) Output – 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 limpianto per la taglia in analisi (1MW).

slide 25 Workshop – 29 Settembre 2003 Conclusioni Conclusioni 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. GIS 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 GIS 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.