The duality of wind : a comprehensive study on Lombardy's renewable wind energy potential and grid infrastracture hazards

Wind is a complex natural phenomenon occurring incessantly everywhere on the globe; sometimes it can be harmful, while other times it can be used as a precious resource. In particular, thinking about energy and infrastructures, wind can be disruptive for power lines but, on the other hand, it can be harnessed to produce energy. With this applications in mind, this thesis aims at investigating this duality from a mathematical and statistical point of view, focusing on the area corresponding to the Lombardy region in Italy for an example of practical results. First of all, the general characterization of wind speed distribution is discussed. Then, hazard analysis is carried on with the aim of establishing areas subject to more extreme and dangerous winds. Two clustering strategies from geostatistical literature are evaluated to group together regions with similar winds. And finally, a case study regarding wind energy production is investigated. At all stages, different methods and strategies are compared to determine the most appropriate one in light of the specific application, and interesting insights on the various mathematical methods are highlighted.

Il vento è un fenomeno naturale che agisce senza sosta in ogni punto del pianeta; se, a volte, può provocare danni e disagi, altre può essere sfruttato come una preziosa risorsa. In particolare, se si pensa all'aspetto energetico e infrastrutturale, il vento può rappresentare una forza distruttiva per le linee elettriche ma può anche essere sfruttato per produrre energia. Alla luce dei suddetti fattori, questa tesi ha lo scopo di investigare questa dualità da un punto di vista matematico e statistico, concentrando l'attenzione sull'area lombarda per cui verranno forniti dei risultati pratici. Per prima cosa, viene discussa la caratterizzazione generale sulle distribuzioni delle velocità del vento. Segue poi un'analisi sulla pericolosità legata agli eventi ventosi, con l'obiettivo di individuare le aree soggette ai venti più estremi e pericolosi. Due strategie di clustering tratte dalla letteratura geostatistica sono valutate per raggruppare insieme aree con venti simili. In conclusione, vengono investigate le potenzialità di produrre energia eolica. Durante tutti i passaggi dello studio, metodi e strategie diverse sono confrontati per determinare quelli più indicati per l'applicazione specifica che si sta analizzando, e, inoltre, vengono sottolineate le osservazioni più interessanti sui metodi matematici adottati.