15.6 Discussione

Autosufficienza Il sistema energetico proposto per il concetto di Smarthood è in grado di raggiungere una quasi totale indipendenza dalla rete attraverso l’utilizzo della flessibilità fornita dai vari componenti del sistema. Il sistema aquaponico, in particolare, ha un positivo

Tabella 15.4 Domanda flessibile del sistema aquaponico

tavolo testata tr class = header» th Componente /th th Ordine di grandezza /th th La flessibilità /th /tr /testata tbody tr class=“dispari» td rowspan=3 Pompe /td td 0,05—0,15 kWsube/Sub MSUP3/SUP /td td rowspan=3 Non tutte le pompe devono funzionare continuamente. I processi principali (controllo dell’ossigeno, controllo dell’ammoniaca, controllo COsub2/sub, scambi di serbatoi, controllo di solidi sospesi) devono essere eseguiti continuamente. I processi più piccoli come il dosaggio del tampone pH, le routine di controlavaggio, gli scambi idrici o l’ossigenazione di riserva non devono essere eseguiti continuamente /td /tr tr class=“even» td 1—3 kWsube/sub /td /tr tr class=“even» td 8,76—28,26 MWHsube/Sub/anno /td /tr tr class=“dispari» td rowspan=2 Illuminazione /td td 80—150 W/MSUP2/SUP /td td rowspan=2 Le piante hanno bisogno di circa 4—6 ore di oscurità, il resto della giornata possono essere accese artificialmente. Ciò lascia circa 0 (estate) a 12 ore (inverno) di illuminazione aggiuntiva flessibile /td /tr tr class=“even» td Con un fattore di capacità del 10 -20% questo porta a 28—105 MWHsube/Sub/anno KwSube/Sub /td /tr tr class=“dispari» td rowspan=2 Riscaldamento d’ambiente (a pavimento) e riscaldamento del serbatoio di acquacoltura /td td 444 kWsubth/Sub/MSUP2/SUP/anno /td td rowspan=2 A causa dell’elevata massa termica del pavimento in cemento e del grande volume d’acqua nel serbatoio RAS, il carico termico è estremamente flessibile /td /tr tr class=“dispari» td 177,8 MWhsubth/Sub/anno /td /tr tr class=“even» td rowspan=2 Unità di distillazione /td td 50 kWsubth/Sub MWHsube/Sub/anno /td td rowspan=2 L’unità di distillazione funziona con acqua calda (70—90 ˚C) e può essere azionata con un significativo grado di flessibilità (MEMsys 2017) /td /tr tr class=“dispari» td 166,4 MWhsubth/Sub/anno /td /tr /tbody /tavolo

effetto sulla flessibilità complessiva del sistema. Con 95,38% di autosufficienza di potenza, questo sistema funziona meglio di qualsiasi altro sistema economicamente fattibile valutato nella ricerca precedente (de Graaf 2018).

Architettura di controllo Facilitare un’economia energetica locale decentralizzata, come quella proposta nel concetto Smarthoods, richiede una piattaforma che tenga traccia di tutte le transazioni peer-to-peer che si verificano all’interno del vicinato. La rete peer-to-peer corrispondente può essere classificata come un sistema multiagente (MAS), in cui più nodi (ad esempio famiglie o edifici pubblici) fungono da agenti indipendenti con un proprio obiettivo (ad esempio ridurre al minimo i costi o massimizzare il risparmio energetico) e il corrispondente processo decisionale. Tale approccio decisionale decentrato e multiagente è necessario a causa della complessità del sistema. Ci sono semplicemente troppe informazioni e troppe variabili per il calcolo di un’architettura di controllo gerarchica, top-down e centralizzata.

Blockchain Un’architettura di controllo del sistema multi-agente basata su blockchain potrebbe potenzialmente fornire il framework necessario per ospitare una rete peerto-peer decentralizzata. Un gran numero di nodi distribuiti garantisce stabilità e sicurezza per la rete, e un’alternativa al mining può essere utilizzata: la conio. Con il coniare, gettoni/monete vengono generati sulla base dei dati forniti da un dispositivo reale come un misuratore di energia intelligente. A condizione che tali fonti di informazione possano essere attendibili, ossia che tali dispositivi possano essere sottoposti a prova di manomissione, è possibile creare un registro sicuro e indipendente in cui vari soggetti interessati possono scambiare beni (ad esempio elettricità) e servizi (ad esempio gestione della domanda). Utilizzando contratti intelligenti, servizi complessi come il trading di flessibilità possono essere programmati nell’architettura di controllo del sistema.

Internet of Things I componenti costitutivi del sistema Smarthood, come pompe di calore, illuminazione di serra o UASB, possono essere controllati tramite sensori e attuatori collegati a Internet, noti come Internet of Things. Una rete di sensori IoT consente l’acquisizione estesa di dati, che vanno dalla concentrazione di nutrienti per acquari ai cicli di carico della batteria, il tutto in base a fasi temporali. Questi dati possono essere utilizzati per verificare il modello numerico e ottimizzare il controllo dinamico del sistema.

_Intelligenza Artificiale _ Ottimizzare il controllo del sistema Smarthood può essere fatto analizzando i dati utilizzando algoritmi di intelligenza artificiale, come la programmazione genetica (algoritmi evolutivi) o l’apprendimento del rinforzo automatico. Con l’apprendimento del rinforzo automatico, ad esempio, un insieme di azioni e la loro influenza sull’ambiente vengono passati all’algoritmo come argomenti di input, insieme allo stato attuale del sistema e a una funzione cumulativa obiettivo/costo. Un processo decisionale euristico e incrementale può essere implementato in ogni famiglia che si adatterà dinamicamente alle situazioni al fine di trovare un programma decisionale quasi ottimale che gestisca i flussi energetici all’interno della casa e del Smarthood. Ogni casa può eseguire un tale algoritmo e, di conseguenza, può essere creata un’architettura di sistema di controllo multi-nodale, nota come sistema multi-agent (MAS), relativamente economica dal punto di vista computazionale (rispetto al controllo centralizzato) —- e vicina all’ottimale.

Barriers La natura altamente innovativa di vari aspetti del concetto di Smarthood, come la microgrid di poligenerazione, il sistema acquaponico multi-loop e i requisiti di pianificazione urbana non convenzionali, porta con sé una serie unica di sfide da superare. Per molte di queste sfide, l’attuale quadro normativo non è sufficiente a soddisfare gli sviluppi proposti nel concetto di Smarthoods.

Microgrids, ad esempio, funzionano meglio quando esiste un mercato locale in cui vari prosumers (consumatori che producono contemporaneamente energia) possono impegnarsi in scambi di energia peer-to-peer senza attrito in un mercato libero. Le forze del mercato si adopereranno quindi per creare un mercato locale dell’energia in cui un prezzo dell’energia fluttuante risulterebbe dall’offerta e dalla domanda locali. Questa fluttuazione dei prezzi incentiverà di conseguenza soluzioni energetiche intelligenti come lo stoccaggio dell’energia, la gestione del lato della domanda o la produzione di energia flessibile. Nella maggior parte dei paesi dell’UE, un libero mercato locale è attualmente impossibile a causa delle normative; le tasse devono essere pagate per ogni kWh che passa attraverso il contatore elettrico, il prezzo dell’elettricità per i consumatori è fisso e i prosumer non sono autorizzati a partecipare al mercato dell’energia senza l’intervento di un terzo partito chiamato aggregator. Con l’aumento previsto dello sviluppo di progetti di microgrid, le autorità di regolamentazione dovranno trovare modi per facilitare i mercati energetici locali al fine di liberare appieno il potenziale delle microreti altamente integrate (cfr. esempio 15.2).

Esempio 15.2

Un recente progresso nell’ambito del quadro normativo nei Paesi Bassi è l’introduzione del regeling sperimentale, una legge sperimentale che consente a un numero limitato di progetti accuratamente selezionati (come de Ceuvel, esempio Z.1) per consentire alle cooperative energetiche di diventare il proprio gestore del sistema di distribuzione, come se fossero dietro un solo metro di connessione. Questa legge è indicativa della consapevolezza, da parte degli organismi di regolamentazione olandesi, degli ostacoli giuridici menzionati in precedenza, e pertanto molto probabilmente porterà alla revisione dell’attuale legge sull’energia elettrica nel prossimo futuro al fine di meglio adattarsi agli sviluppi delle microreti.

Ci sono anche alcuni ostacoli giuridici nella maggior parte dei paesi dell’UE per quanto riguarda il riutilizzo dell’acqua nera trattata per la produzione di pesce e di piante, in quanto occorre garantire che gli agenti patogeni umani siano completamente eliminati. Ulteriori informazioni sul quadro giuridico dell’acquaponica sono reperibili in cap. 20.