Strumento di simulazione per una gestione del teleriscaldamento rispettosa del clima

Nel panorama della transizione energetica, le reti di teleriscaldamento stanno affrontando sfide sempre più complesse. Il crescente impiego di fonti di energia rinnovabili e la decentralizzazione dei sistemi stanno, infatti, alterando profondamente la gestione di queste reti, che devono far fronte a fluttuazioni improvvise nei flussi di calore e a una domanda sempre più variabile. In questo contesto, la ricerca e lo sviluppo di nuovi strumenti tecnologici diventa cruciale per garantire una gestione efficiente e sostenibile del teleriscaldamento, soprattutto in un’epoca in cui l’efficienza energetica è diventata una priorità globale.

Uno dei progetti più avanzati in questo settore è AD Net Heat, sviluppato dai ricercatori del Fraunhofer Institute for Industrial Mathematics (ITWM), che offre un approccio innovativo per simulare e monitorare i flussi di calore in tempo reale all’interno delle reti di teleriscaldamento. Questo strumento software avanzato permette di prevedere i picchi di carico, ottimizzare i consumi e migliorare l’affidabilità del sistema, rendendo l’intero processo più stabile, economico e sostenibile.

La sfida del teleriscaldamento moderno

Il teleriscaldamento, che utilizza energia termica per riscaldare edifici e strutture, sta diventando un elemento centrale nella strategia di decarbonizzazione delle città. Tuttavia, la crescente integrazione di energie rinnovabili, come il solare termico e il calore di scarto industriale, unita alla decentralizzazione della produzione di calore, ha introdotto un livello di incertezza nelle reti. Queste fluttuazioni, se non controllate adeguatamente, possono compromettere l’efficienza operativa e aumentare i costi, rendendo necessaria una gestione più intelligente e reattiva.

Con l’obiettivo di affrontare queste difficoltà, i ricercatori hanno sviluppato AD Net Heat, un software che non solo simula i flussi di calore, ma offre anche una rappresentazione dettagliata delle dinamiche di rete, permettendo alle aziende di monitorare e gestire la rete in tempo reale. Come sottolineato dal Dr. Matthias Eimer, uno dei ricercatori coinvolti nel progetto, “questo ci consente di fare previsioni sui flussi di calore e sulla domanda nei punti di consumo durante il funzionamento sotto tensione. Le aziende municipalizzate e i fornitori di energia possono utilizzare questi dati per osservare e gestire la rete, con tutte le sue varie dinamiche, in tempo reale. Anche i picchi di carico in diversi momenti della giornata vengono rilevati e bilanciati precocemente.”

In pratica, AD Net Heat aiuta a mantenere la rete stabile anche durante i picchi di domanda o quando le fonti di energia rinnovabile sono meno disponibili, permettendo di ridurre le fluttuazioni di energia e migliorare l’efficienza complessiva.

Il gemello digitale della rete di teleriscaldamento

Una delle innovazioni più interessanti di AD Net Heat è la creazione di un “gemello digitale” della rete fisica. Questo modello virtuale, che riproduce fedelmente la rete di calore, integra informazioni fondamentali come la topologia della rete, le dimensioni dei tubi e la posizione dei punti di immissione e consumo di calore. A questi dati si aggiungono variabili come le condizioni meteorologiche, l’esposizione alla luce solare e i profili di consumo stagionali e giornalieri, creando una simulazione estremamente realistica dei flussi di calore.

“Grazie alla modellazione diretta dei processi fisici, il gemello digitale necessita solo di un numero minimo di sensori. I sensori vengono utilizzati solo per calibrare parametri sconosciuti, come le proprietà dei tubi che non si allineano più con le condizioni originali a causa dei processi di invecchiamento”, afferma Eimer. Questo approccio consente di ridurre i costi legati all’acquisto e all’installazione di sensori, pur mantenendo alta la precisione delle previsioni.

Il gemello digitale ha il vantaggio di poter simulare scenari operativi complessi e prevedere eventi problematici prima che accadano, come picchi di consumo o guasti nei punti critici della rete. Grazie a questo sistema, le aziende possono ottimizzare l’uso delle risorse e prevenire i malfunzionamenti, migliorando la gestione e riducendo i costi operativi.

Ottimizzazione della gestione delle reti in tempo reale

Una delle applicazioni più immediate di AD Net Heat è il monitoraggio in tempo reale delle reti di teleriscaldamento. I dati forniti dal software permettono di ottimizzare il flusso di calore in base alla domanda e alle condizioni operative. La rete può essere regolata automaticamente per ridurre le perdite di energia, abbassando, ad esempio, la temperatura di mandata senza compromettere l’affidabilità del sistema.

Inoltre, il sistema è in grado di incorporare eventi eccezionali, come concerti o fiere, che richiedono un aumento temporaneo della domanda di calore in determinati luoghi. “Dopo aver inserito la posizione del destinatario e la domanda stimata di calore, il software simula il trasporto del calore e in risposta emette le sue previsioni di consumo”, spiega Eimer. Questo permette una pianificazione operativa ancora più precisa, riducendo il rischio di sprechi di energia e costi aggiuntivi.

Supporto alla pianificazione delle nuove reti

Un altro vantaggio significativo di AD Net Heat è il supporto alla progettazione di nuove reti di teleriscaldamento. Grazie alla simulazione dei flussi di calore, il software permette di calcolare la distribuzione ottimale dell’energia e di prevedere il consumo in diverse condizioni, come vari orari della giornata o diverse stagioni. Le aziende possono testare vari scenari, come il posizionamento di nuove fonti di calore o l’integrazione di nuove linee di trasporto, ottimizzando la progettazione e riducendo al minimo i costi.

“In questo modo, le aziende municipalizzate e i fornitori di teleriscaldamento stanno facendo un grande passo avanti verso una fornitura di calore climaticamente neutra che preserva le risorse. Stanno anche abbassando i costi. In primo luogo, la simulazione nel gemello digitale consente di sfruttare al massimo le fonti di energia rinnovabile nei momenti in cui sono disponibili. E in secondo luogo, le previsioni della domanda di calore sono molto accurate e affidabili. In questo modo è possibile progettare le sezioni trasversali dei tubi in modo che siano un po’ più piccole, con un conseguente risparmio di materiali”, afferma Eimer.

Questa capacità di anticipare le necessità e di ottimizzare la rete per sfruttare al massimo le risorse rinnovabili si traduce in un risparmio significativo, sia in termini di costi che di impatto ambientale. Le aziende possono ridurre il ricorso a fonti di energia aggiuntive, come il gas, che sono soggette a fluttuazioni di prezzo e che hanno un impatto negativo sull’ambiente.

Semplicità d’uso e applicazioni future

Anche se AD Net Heat è una tecnologia avanzata, gli sviluppatori stanno lavorando per semplificare ulteriormente l’interfaccia utente, rendendo il software facilmente utilizzabile da parte dei fornitori di calore e delle aziende di pianificazione. L’obiettivo è rendere lo strumento accessibile a tutti, senza la necessità di competenze altamente specializzate, pur mantenendo alta la precisione delle simulazioni.

Poiché il nucleo di calcolo di AD Net Heat è progettato per essere adattabile, in futuro potrebbe essere utilizzato anche per altri tipi di reti energetiche, come quelle che trasportano elettricità o gas. La sua applicazione potrebbe estendersi quindi a una vasta gamma di settori, contribuendo alla creazione di una gestione energetica integrata e più sostenibile.

In conclusione, l’innovazione portata da AD Net Heat rappresenta un passo fondamentale verso una gestione più intelligente e sostenibile delle reti di teleriscaldamento, favorendo una transizione più rapida e meno costosa verso fonti di energia rinnovabile e una maggiore efficienza nella distribuzione del calore. Grazie a simulazioni precise e alla capacità di adattarsi alle fluttuazioni della domanda e delle fonti di energia, questo software offre un potente strumento per costruire reti energetiche più resilienti e climaticamente neutre.