Analisi critica di letteratura riguardo l'assegnazione dei costi di rete nel processo di elettrificazione rurale : un focus sulla teoria dei giochi cooperativi

The energy access issue is back to the news: the access to affordable, reliable and modern energy is the basis in order to improve the lifestyle of the developing countries population. The Sustainable Development Goal 7 propose guidelines for enhance the energy access through the World: unfortunately, the people who need it most are the people that have not enough technical skills or economical power to implement this development. The energy access must be fair and sustainable: for this reason, this master thesis work’s goal is the critical review about the soltions for cost allocation between users and investment sharing between investors who encourage and supports a fair access to energy carriers in rural envinroment. The fairness property is closely related to solutions that operating with cooperative (or “coalitional”) game theory: for this reason, the cooperative game theory will be the focus of the research. The cooperative game theory provides solutions with Pareto efficiency and fairness properties which are mathematically modelled. Those sulutions have already been implemented in other engineering fields: by working on the research, I have discovered that anyone has implemented this mathematical models for the cost allocation or sharing of the investment cost in rural area. Due to that, I have enlarged the scope of the research to the generation and transmission expansion problems, in which the topics methods have been used to reach interesting results, and I have performed a critical review on them eventually. The results show us how the useful papers involves Transmission Network Expansion Problems. There are some solutions that involved cooperative game theory, that are compared with “standard” methods used by TSOs . The critical review shows us how the Shapley Value solution is the solution method that has been considered the fairest due its mathematical definition. However , this solution method is difficult to implement in context with too many users (players) because its algorithm for cost allocations needs 2n iterations, with n the number of players.

Il tema dell’accesso all’energia è tornato al centro dell’attenzione: l’accesso all’energia è fondamentale per lo sviluppo socioeconomico e della qualità della vita nei Paesi in Via di Sviluppo, seguendo i dettami dei “sustainable development goals”. In particolare, il sustainable development goal 7 propone linee guida per l’accesso all’energia nel Mondo: l’accesso all’energia è fondamentale per lo sviluppo ed il miglioramento delle condizioni di vita, ma le popolazioni che necessitano di questo miglioramento non hanno le capacità e le risorse economiche per attuare questa evoluzione. L’accesso all’energia deve essere equo e sostenibile: per questo motivo l’obbiettivo di questa tesi è condurre un’indagine critica dei metodi di assegnazione dei costi dell’energia agli utenti e di suddivisione dei costi dell’investimento tra gli investitori che promuovano un accesso equo ai vettori energetici in ambito rurale. La proprietà di equità è strettamente connessa ai metodi che utilizzano giochi cooperativi, focus di questa ricerca: i giochi cooperativi, infatti, propongono soluzioni con efficienza paretiana e con caratteristiche di equità modellate matematicamente. Queste soluzioni sono già state implementate in altri ambiti dell’ingegneria: conducendo la ricerca, ho scoperto che non sono stati implementati casi studio riguardanti l’assegnazione dei costi e lo sharing dell’investimento in aree rurali. Per questo motivo ho ampliato la ricerca a problemi di espansione della rete, che invece trattano gli argomenti indagati, per poi condurre un’analisi critica e individuare i metodi più adeguati da applicare in contesti rurali. I risultati hanno mostrato come gli articoli utili riguardano Transmission Network Expansion Planning. Sono emerse proposte che sfruttano la teoria dei giochi cooperativi, confrontate metodi tutt’ora utilizzati dai TSO e definiti “standard”. L’analisi critica condotta mostra come la soluzione cooperativa Shapley Value sia il metodo considerato più equo, tuttavia difficilmente implementabile per contesti con troppe utenze in quanto il solo algoritmo di assegnazione dei costi necessita di 2n iterazioni, con n numero di utenti: per questo la soluzione è implementabile solo in caso di reti con poche utenze