Multi energy system modelling of a village-scale off-grid system : a focus on cooking energy for the case of Toconao

The aim of this project is to address the energization problem with a more inclusive approach dealing with all its aspects which range from electric, thermal and cooking energy access to sustainability of the solution proposed. Sustainable Development Goals 2 and 7 highlight the importance of being able to provide a complete energy access, most of the commercial software sold by sector leaders nowadays are designed to propose solutions for the electrification problem. The opensource code proposed by this work tries to tackle the problem of sustainable energization adopting the Comprehensive Energy Solution Planning (CESP) methodology created by UNESCO Chair in Energy for Sustainable Development at Politecnico di Milano. Energy solution planning matches energy demand with locally available energy sources. An already existing opensource code, capable of proposing solutions for a multienergy system comprising thermal and electrical energy access is further modified completing the optimization process so that it accounts for cooking energy needs. The optimization is based on the minimization of Net Present Cost function using a Linear Programming logic. An analysis on the impact and reduction of cooking related CO2 emissions is performed emphasizing the importance of improving the cooking energy access in order to highlight the usefulness of considering a comprehensive approach. A comparison of two scenarios is performed analyzing a realistic present situation and a scenario in which renewable incentives and higher fossil fuels prices are introduced on the basis of real policies adopted in the study area. Conclusions analyze the progresses and limitations of the proposed tool and difficulties met proposing further developments and improvements.

Il principale obiettivo di questo progetto è quello di affrontare il tema dell’energizzazione con un approccio più globale e inclusivo che tratti il problema in ogni suo aspetto spaziando dall’accesso all’energia elettrica all’approvvigionamento dell’energia termica per l’acqua calda sanitaria e l’energia per la cucina garantendo la sostenibilità della soluzione proposta. Gli obiettivi 2 e 7 preposti dai Sustainable Development Goals evidenziano l’importanza di fornire un accesso all’energia che sia il più completo possibile. La maggior parte dei software attualmente in commercio, però, propongono soluzioni che riguardano esclusivamente l’accesso ad energia elettrica tralasciando le attività che richiedano calore per scaldare l’acqua o cucinare. Il codice opensource proposto da questo elaborato cerca di affrontare il problema di ottenere un’energizzazione sostenibile adottando il metodo CESP (Comprehensive Energy Solution Planning) create al Politecnico di Milano dall’ UNESCO Chair for Sustainable Development. La metodologia CESP cerca di accoppiare al meglio la richiesta di energia con le fonti energetiche disponibili localmente. Un codice opensource in grado di proporre soluzioni utili per un sistema per la produzione e distribuzione di energia elettrica e termica viene ulteriormente sviluppato completandone i processi di ottimizzazione per tenere conto anche dei carichi energetici utili a cucinare. L’ottimizzazione ha come obiettivo primario la minimizzazione del Valore Attuale Netto utilizzando una logica di programmazione lineare. Vengono poi analizzate le riduzioni di emissioni di CO2 relative ai carichi di cucina enfatizzando l’importanza del processo di miglioramento dell’accesso all’energia utile a cucinare e evidenziando quindi l’utilità di un approccio globale e inclusivo come quello proposto dal CESP. Sono poi analizzati due diversi scenari che simulino rispettivamente l’attuale situazione realistica e un ipotetico scenario in cui i prezzi dei combustibili fossili siano più alti e, al contempo, si possa disporre di incentivi atti a favorire l’utilizzo di fonti di energia rinnovabili basati su politiche locali realistiche. Nelle conclusioni si analizzano poi i progressi e le limitazioni dello strumento proposto nonché le difficolta incontrate nello sviluppare lo strumento stesso.