Energy Systems Optimization on Agricultural Sector

• Main Author: Malagnino, Remo Alessio <1986>
• Other Authors: Molari, Giovanni
• Format: Doctoral Thesis
• Language: it
• Published: Alma Mater Studiorum - Università di Bologna 2016
• Subjects: AGR/09 Meccanica agraria
• Online Access: http://amsdottorato.unibo.it/7464/

Come molti altri settori produttivi, anche l'agricoltura deve affrontare una crescente dipendenza energetica da elettricità, petrolio e gas naturale. Tuttavia, l'agricoltura può rispondere direttamente a tali richieste ricorrendo alle fonti di energia rinnovabili (FER), come il solare fotovoltaico (PV) e gli impianti biogas/biometano (BP). Questi sistemi sono stati fortemente incentivati in passato. Gli attuali sistemi d’incentivazione prevedono invece sussidi commisurati alle caratteristiche aziendali come stalle, fienili, disponibilità di biomasse, ecc. Per questi motivi, per quanto riguarda il settore FV, è necessario utilizzare modelli analitici affidabili per valutare l’orientamento e la tecnologia migliore, in particolare per generatori integrati architettonicamente. Per la produzione di biometano, gli impianti di piccole dimensioni risultano quelli maggiormente incentivati previa alimentazione con sottoprodotti agro-industriali. Tuttavia, le loro performance dipendono fortemente dalla tecnologia d’upgrading. Pertanto, le prospettive economiche offerte da questi sistemi RES sono legate alla scelta della tecnologia da impiegare e non più esclusivamente al semplice dimensionamento. Su questa base, l'obiettivo principale di questo lavoro è stato lo sviluppo di strumenti di supporto decisionali (DSSS) per l'ottimizzazione energetica d’impianti FV e BP. Un primo studio si è focalizzato sull’analisi prestazionale per singolo componente e globale d’impianti FV installati in un’azienda agricola. Inoltre, una procedura analitica di ottimizzazione dei parametri d’impianto è stata definita per massimizzare il rendimento elettrico di un generatore integrato architettonicamente rispetto ad un’installazione a terra. Attraverso una serie d’informazioni tecnico-economiche di tecnologie di upgrading, un secondo studio è stato condotto con l'obiettivo di sviluppare un DSS per valutare la marginalità sul reddito aziendale data dall’installazione on-farm di un impianto BP collegato alla rete del gas naturale. I risultati dei due studi hanno dimostrato come questi DSS possono essere utili strumenti per valutare preventivamente le diverse potenzialità offerte da impianti FV e BP in base alle caratteristiche di un’azienda agricola. === Like many other productive sectors, even agriculture must tackle an increasing energy dependency on electricity, petroleum and natural gas. Nevertheless, agriculture can directly respond to such request thanks to renewable energy systems (RES) like solar photovoltaic (PV) and biogas/biomethane (BP) plants. These systems have been strongly incentivized in the past. On the contrary, current incentive schemes provide feed-in-tariffs proportionate to farming characteristics as stables, barns, biomass availability, etc. For this reason, as regards the PV sector, it is required to use reliable analytical models for assessing the best orientation and technology, in particular for architecturally integrated generators. For the biomethane production, small-medium plants have stronger incentives in particular using agro-food by-products as feed. However, their performances are strongly dependent on biomethane upgrading technology. Thus, the economic prospective offered by these RES systems are substantially tied to technology choice optimization and no longer solely in simple sizing. On this basis, the main goal of this work is to develop Decision Support Tools (DSSs) for energy optimization both for PV and BP plants. A first study was focused on the analysis of PV plants installed in the same farm. The aim is to examine the impact each plant component has on the PV generator global efficiency and define an analytical procedure for technical parameters optimization in order to maximize the electric yield of an architectonically integrated plant compared to a ground-mounted one. Based on the economic and efficiency features of a biomethane upgrading technology set, a second study was carried out with the aim to design a DSS to assess enterprise-wide profit margins resulting from the on-farm BP plant installation linked to the natural gas grid. The results of the two studies have shown how these DSSs can be useful tools for choosing PV and BP technologies based on farm characteristics.