Al fine di modellizzare al meglio il fabbisogno di energia elettrica caratteristico di una linea residenziale, è opportuno identificare delle forzanti che impattino sulle variazioni dei consumi all’interno di un anno di osservazione, compatibilmente col grado di informazione disponibile per questo lavoro. Sono infatti molteplici gli usi legati all’uso dell’elettricità quale fonte energetica di servizi divenuti irrinunciabili nella società moderna, quali l’illuminazione, il funzionamento degli elettrodomestici, la climatizzazione estiva e, in funzione del tipo di impianto, anche del riscaldamento invernale; i fabbisogni termici, in particolare, vedono per il periodo estivo l’uso di apparecchi elettrici, mentre per la controparte invernale, la scelta ricade alternativamente sul tradizionale riscaldamento a gas o sull’ausilio della pompa di calore. Sono state dunque identificate le seguenti variabili di tipo indipendente, incidenti in maniera significativa sul generico prelievo di una utenza domestica:
• Temperatura media esterna. Le condizioni climatiche esterne, quali temperatura e
umidità, contribuiscono in maniera significativa all’utilizzo di apparecchi elettrici che determinano il comfort e benessere all’interno di una abitazione, primi tra tutti il condizionatore. La climatizzazione estiva rappresenta una quota importante dei consumi elettrici domestici, a cui si è riscontrato negli ultimi anni una considerevole penetrazione nel mercato residenziale: appare quindi ragionevole inserirne il contributo nel computo del modello d’utenza. Per la finestra annua adottata, sono disponibili misure di temperatura media giornaliera, monitorate dalla stazione meteorologica installata presso la sede AGSM. Successivamente è stato compiuto un ulteriore passo, attribuendo come temperatura media di un determinato giorno la media aritmetica della temperatura dello stesso con quella del giorno immediatamente precedente: con questa stima si prende in considerazione l’effetto di inerzia termica ambientale tra giorni consecutivi, sul principio di buon senso che un ipotetico cambio repentino di temperatura media giornaliera tra due giorni successivi non implica una variazione istantanea delle abitudini di consumo; in formule, si può infatti ricavare, per il generico giorno i (per i=1,...365):
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𝑡(𝑔𝑖𝑜𝑟𝑛𝑜𝑖) =𝑇𝑚(𝑔𝑖𝑜𝑟𝑛𝑜𝑖 ) + 𝑇𝑚(𝑔𝑖𝑜𝑟𝑛𝑜(𝑖−1) )
2 (4.1)
Se non diversamente specificato, nel proseguo si denoterà semplicemente con “t” il calcolo della temperatura del giorno in esame ottenuta tramite le (4.1).
È stato inoltre constatato che la temperatura influisce, all’interno delle ventiquattro ore, sulla forma del diagramma di carico giornaliero: come si vedrà nel paragrafo 4.3, nella stagione estiva, i consumi legati alla climatizzazione degli ambienti, essendo distribuiti pressoché uniformemente nella fascia pomeridiana e serale, conferiscono un effetto di “appiattimento” al profilo di carico, smussandone il picco della sera; per contro, la stagione invernale e quelle di metà stagione, essendo indipendenti dai consumi legati alla climatizzazione e quindi dalla temperatura, presentano le consuete caratteristiche del diagramma di carico giornaliero tipico di una utenza domestica. La temperatura verrà quindi adottata come forzante sia per la stima dei consumi giornalieri e sia per la successiva proiezione sulle ventiquattro ore, disponendo di opportuni profili di carico normalizzati rispetto il totale giorno e ricavati tramite le osservazioni appena descritte.
• Ore di luce. L’illuminazione artificiale degli ambienti rappresenta il carico elettrico
più significativo, nonché più tradizionale, per il contesto domestico; le variazioni del carico luce si differenziano principalmente con la stagionalità, passando da un consistente uso giornaliero nel periodo invernale con basse ore di luce (localizzandone il consumo dalle ore centrali del pomeriggio alla tarda serata), ad un utilizzo maggiormente ridotto nella stagione estiva, caratterizzata da un quantitativo superiore di ore di luminosità naturale. Si è assunto di utilizzare le ore di luce giornaliere per come ulteriore forzante per caratterizzare i prelievi elettrici, legati principalmente al carico luce; per ogni giorno della finestra temporale annua è stata ricavata la stima delle ore di luce come:
𝑜𝑟𝑎(𝑔𝑖𝑜𝑟𝑛𝑜𝑖) = 𝑜𝑟𝑎𝑡𝑟𝑎𝑚𝑜𝑛𝑡𝑜 − 𝑜𝑟𝑎𝑎𝑙𝑏𝑎 (4.2) Le ore di tramonto e di alba, sono state reperite dal sito SunEarthTools.com [6], note le coordinate della città di Verona e pari a (45°26'6"36 N, 10°59'55"68 E).
• Tipologia di giorno. La distinzione del tipo di giorno, feriale, prefestivo e festivo,
riveste un ruolo significativo per le variazioni dei consumi all’interno di una generica settimana: il tempo di permanenza medio di un utente presso il proprio domicilio si può assumere ragionevolmente superiore (con un conseguente aumento del fabbisogno di tipo elettrico) per un giorno festivo, rispetto alla controparte feriale. La variabile tipologia di giorno è stata adottata per la stima dei consumi di una generica linea incognita su base oraria, in quanto è possibile affermare che le diverse tipologie influiscono sulla forma della curva di prelievo giornaliera per una generica utenza residenziale, come verrà ampiamente illustrato nel paragrafo 4.2.2.
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Figura 4.1 - Rappresentazione schematica dell’implementazione del modello d’utenza descritto nel presente
capitolo.
Alla luce dei punti appena descritti, è possibile sintetizzare nella rappresentazione schematica di figura 4.1 come si articolerà il modello d’utenza nei suoi due step di previsione giornaliera ed oraria, in funzione delle succitate variabili. Nello schema è stata fatta ricorso della seguente terminologia, e verrà ripresa tale e quale nel proseguo del capitolo:
• “E”: energia giornaliera misurata;
• "𝐸∗": energia giornaliera stimata tramite il modello;
• “h”: vettore di ventiquattro elementi pari alle stime orarie del giorno 𝐸∗.
Le variabili appena assunte terranno conto, all’interno di un anno di monitoraggio, rispettivamente dei consumi legati alla quota di raffrescamento e del carico luce; la rimanente quota di consumi giornalieri, legati alle apparecchiature domestiche presenti in un qualunque contesto abitativo, non sono quantificabili con le informazioni in possesso, poiché i dati a disposizione per ciascuna linea sono di tipo aggregato e, al contrario, non si dispongono di dati puntuali ottenuti, ad esempio, tramite campagne di monitoraggio dei consumi sui singoli elettrodomestici, tipiche di altri lavori di caratterizzazione del fabbisogno residenziale facilmente reperibili in letteratura. Per mitigare a questa carenza di informazioni, nel proseguo del capitolo, i consumi legati agli elettrodomestici, verranno considerati come un carico di base (base load) a cui si sommeranno i consumi per la quota di condizionamento estiva e di illuminazione.
MODELLIZZAZIONE GIORNALIERA
MODELLIZZAZIONE ORARIA (PROFILI DI CARICO) E= E (data, t, ore, tipologia)
t ore tipologia h (𝐸∗) 𝐸∗ t 𝐸∗=𝐸∗(t, ore) variabili modello mese
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