Ottimizzato un algoritmo di controllo predittivo per un funzionamento della pompa di calore "grid-friendly" e con minori costi
Un nuovo nuovo algoritmo di controllo predittivo potrebbe dare una mano a migliorare i livelli di comfort ambientale e i costi delle pompe di calore. A lavorarci su sono stati Vukasin Klepic, Magdalena Lupo, Tobias Pröll, ricercatori dell’Università di Risorse Naturali e Scienze della Vita di Vienna. Come riportato in articolo su Energy and Buildings, i tre scienziati hanno messo mano ad un algoritmo MPC (Model Predictive Control) implementato già con successo a livello edilizio per ottimizzare in modo predittivo i parametri di comfort. Il lavoro di Klepic, Lupo e Proll ha compiuto un passo avanti includendo anche una previsione del prezzo dell’energia per consentirne un funzionamento vantaggio sia per il portafoglio che per la rete elettrica.
Pompe di calore in Italia
L’Italia costituisce un ottimo “terreno di coltura” per le pompe di calore. Nonostante la forte contrazione nelle vendite (-44,1%) registrata nel 2023, il bel paese rappresenta ancora oggi il secondo mercato in Europa in termini di apparecchi installati. E secondo gli ultimi dati di Assoclima, non si tratta di un calo generalizzato. A tirare i remi in barca è soprattutto il segmento residenziale ora che gli incentivi di riqualificazione energetica sono stati rimodulati e pasticciati con una serie di interventi in corsa. Al contrario, però il segmento terziario commerciale sta continuando a crescere. Con un netto aumento di vendite delle pompe di calore e dei chiller con potenza superiore ai 17 kW.
C’è bisogno di incentivi?
Come riportare l’attenzione alle pompe di calore domestiche nuovamente in crescita? C’è chi ancora spera nel piano europeo per le pompe di calore, promesso nell’ambito del REPowerEU e poi abbandonato in vista delle elezioni comunitarie. La speranza è che con il secondo mandato von der Leyen il piano abbia una nuova chance e così anche il suo obiettivo: installare nel Blocco 40 milioni di nuove pompe di calore entro il 2030.
Un fatto è sicuro: per raggiungere il target questa tecnologia ha bisogno di un supporto. I costi iniziali (acquisto e installazione) appaiono infatti ancora più elevati rispetto a quelli delle opzioni di riscaldamento basate sulle fossili. In alcune regioni, questo può essere compensato con costi di esercizio inferiori e maggiori benefici nel ciclo di vita totale.
Ridurre i costi delle pompe di calore
Il lavoro dei ricercatori dell’ateneo viennese potrebbe dare una mano proprio in quest’ambito e anche alla necessità di ridurre la domanda energetica complessiva, allineandola ai periodi di sovrapproduzione rinnovabile. “I sistemi di riscaldamento o raffreddamento con pompe di calore sono particolarmente abili nell’offrire flessibilità a breve termine, in particolare se integrati con accumulo termico (ad esempio massa edilizia attivata termicamente, serbatoi di acqua calda)”, scrivono gli autori. “Questa integrazione consente lo spostamento dei carichi energetici verso periodi con elevato apporto di energia rinnovabile e prezzi più bassi. I risultati scientifici indicano che, oltre al miglioramento delle operazioni di rete, i consumatori possono ottenere significativi profitti monetari annuali”.
Ma come calcolare questi benefici? Il gruppo ha migliorato l’algoritmo di controllo predittivo sul comfort interno all’abitazione includendo ed elaborando i prezzi effettivi del giorno prima.
Il nuovo algoritmo MPC
“L’analisi del mercato elettrico europeo rivela che i prezzi dell’elettricità sono più economici durante un eccesso di offerta di energia e più costosi durante i periodi di carenza. Queste dinamiche di prezzo si riflettono anche nei prezzi dell’elettricità del giorno prima. L’algoritmo MPC esteso, dotato di possibilità di elaborare l’ottimizzazione dei costi, può spostare la generazione di energia per il riscaldamento o il raffreddamento in periodi in cui l’elettricità è economica“, si legge su Energy and Buildings.
“Pertanto, è possibile un funzionamento favorevole alla rete, controllato dai prezzi di mercato. Soprattutto considerando gli sviluppi futuri, le tariffe intelligenti diventeranno più attraenti e quindi i consumatori di energia avranno la possibilità di ridurre i costi dell’elettricità grazie alla flessibilità del lato domanda. L’MPC sviluppato è ideale per affrontare queste sfide e per abilitare la gestione del lato domanda per il sistema di riscaldamento o raffreddamento”.
Il nuovo algoritmo è stato convalidato in una simulazione di edificio Matlab/Simulink per un periodo di riscaldamento di un mese. A seconda della fluttuazione di prezzo ipotizzata, la simulazione ha portato a risparmi sui costi tra il 6,65% e il 12,5% per il periodo di osservazione.
