Analisi Multicriterio

L’analisi multicriterio per la scelta della tecnologia

La Multi-Criteria Decison Analysis (MCDA) comprende una seria di tecniche con lo scopo di fornire un ordinamento complessivo di opzioni dalla piu’ favorevole alla meno favorevole. Tale approccio fornisce una procedura sistematica per aiutare i decisori nella scelta tra le diverse alternative caratterizzate da variabili decisionali diverse e non uniformi tra loro.

I problemi multicriteri sono caratterizzati da un gran numero di possibili alternative con gli obbiettivi e i vincoli dipendenti dalle varibiali decisionali. L’obbiettivo di tale analisi è quella di migliorare la qualità delle decisioni facendo scelte più esplicite in maniera ragionevole ed efficace fornendo ai decisori potenti funzionalità di analisi esplorando e confrontando un insieme di alternative incompatibili tra loro.

I problemi decisionali multicriterio possono essere suddivisi in due classi: la prima, che prende il nome di “problemi multicriteri di decisione continui ” è caratterizzata da un numero finito di vincoli espressamente impostati a cui corrispondono una serie di possibili alternative.

La seconda classe è caratterizzata da un numero finito di alternative esplicitate in forma tabellare. Tali problemi prendono il nome di problemi di decisione multicriteri discreti o problemi di analisi multicriteri.

I problemi di analisi multicriteri possono essere di tre tipologie:

Problemi multicriteri di scelta;
Problemi multicriteri di classificazione;
Problemi multicriteri di ordinamento;

In questo studio sono stati sviluppati due problemi di analisi multicriteri per la scelta tra cinque alternative impiantistiche utilizzabili per la conversione termochimica della biomassa.

Tali alternative sono caratterizzate da criteri di scelta non uniformi tra loro come la potenza elettrica e termica prodotta, il consumo di materia prima, il costo dell’impianto, l’affidabilità e la manutenibilità.

Il primo metodo utilizzato è l’analisi multicriterio semplificata, una metodologia che consente di ordinare le diverse alternative attribuendo un punteggio che ne misura la prestazione secondo tutti i criteri considerati.

Il secondo metodo utilizzato è la tecnica WSA (Weighted Sum Approach) basato sul principio di massimizzazione delle utilità: i valori corrispondenti ai diversi criteri vengono prima normalizzati e successivamente aggregati mediante la valutazione dei pesi definendo così l’utilità di ciascuna alternativa. Una volta ottenuto il grado di utilità di ciascuna alternativa viene definita una classifica riportante le diverse alternative dalla più utile alla meno utile.

L’analisi multicriterio semplificata

Com’è stato detto nel paragrafo precedente, tale metodo si basa sulla costruzione di una matrice di valutazione composta da tante riche quante sono le alternative e tante colonne quanti sono i criteri. A ciascun criterio è associato un valore caratterizzante (es. potenza elettrica 45 kW), un voto (definisce se il valore caratterizzante il criterio è in accordo o meno con le specifiche) e un peso (con valore compreso tra 1 e 5 a seconda dell’importanza che ha il criterio in base alle specifiche dell’operatore). La valutazione delle diverse alternative avviene moltiplicando il peso P_i per il voto V_i di ciascun criterio secondo la relazione:

Il risultato di output è una valutazione complessiva delle diverse alternative in grado di dare una prima idea sulla scelta impiantistica più adatta alle esigenze dell’operatore.

L’analisi WSA

Questo metodo calcola l’utilità globale delle alternative come somma ponderata dei valori normalizzati di ciscun criterio fornendo una classificazione completa delle alternative in base alla loro utilità globale. Tale procedura si articola in tre step:

1 – Normalizzazione dei dati: i dati originali sono caratterizzati da unità di misura diverse, per questo motivo è necessario uniformarle per rendere omogeneo il problema utilizzando la seguente relazione:

Dove r_ij che varia tra zero e uno rappresenta il valori normalizzati delle alternative i e i criteri j, D_ij sono i valori relativi all’alternativa peggiore mentre H_ij sono i valori relativi all’alternativa ideale. Attraverso questo calcolo si ottiene la comparabilità dei criteri.

2 – Valutazione dell’utilità di ciascuna alternativa: con il termine utilità si intende la valutazione complessiva di una determinata alternativa (u(a_i)) in accordo con i criteri utilizzati. Il valore dell’utilità si calcola sommando i valori normalizzato r_ij moltiplicati per i pesi dei criteri v_j attraverso l’equazione:

3 – Riordinamento delle alternative: viene fatta una classifica riportando i valori relativi all’utilità di ciascuna alternativa.

Risultati analisi multicriteri0

cinque alternative impiantistiche utilizzabili per la conversione termochimica della biomassa:

Spanner RE², prodotto dalla ditta bavarese “Otto Spanner GmbH” e composto da un cogeneratore in linea ad un refomer di gassificazione. Il core dell’impianto è proprio il reformer che attraverso il processo di gassficazione del cippato di legno consente di ottenere il cosiddetto syngas. Il gas ottenuto viene utilizzato direttamente per l’alimentazione del cogeneratore attraverso il quale è possibile produrre sia energia termica che elettrica.
Synfon, un sistema di gassificazione, assemblato da CPL CONCORDIA che integra l’impianto di gassificazione Spanner RE² ad un essiccatore in serie. Il sistema è in grado di produrre in un processo continuo gas di sintesi dalla pirogassificazione di biomasse legnose, e alimentare con lo stesso gas un cogeneratore per la produzione di energia elettrica e termica. A differenza del reattore Spanner originale, l’aria di alimento è iniettata nel reformer a temperatura ambiente.
Volter 30/40, prodotto dall’azienda Finlandese Volter OY. Il processo di conversione energetica adottato si basa come per i due casi precedenti sulla gassificazione del cippato di legno e sull’utilizzo del syngas in un motore a combustione interna per la produzione di energia elettrica e termica. La differenza principale sta nel reattore, infatti in questo caso è del tipo up-draft, ovvero il flusso del syngas prodotto esce dalla parte superiore del reformer ed è in controcorrente con la biomassa in ingresso.
Tecnologia di gassificzione GEK, sviluppata dal centro di ricerca All power Labs, leader globale nella produzione di gassificatori di piccola taglia. Negli anni tale progetto è stato perfezionato per poi evolvere nel Power Pallet, un impianto di gassificazione per la produzione di energia elettrica alimentato a biomassa e completamente automatizzato. Il Power Pallet è composto essenzialmente da un gassificatore downdraft, un motore a combustione interna alimentato dal syngas e da una PCU (Process Controll Unit) che controlla l’andamento dell’impianto monitorando il funzionamento del gassificatore, del cogeneratore regolando il rapporto syngas/aria d’alimento e le condizioni dei filtri.
Il progetto realizzato dal Centro C.I.S.A., in collaborazione con la C.O.S.E.A., nato come alternativa alle tecnologie impiantistiche precedenti in occasione dell’efficientamento energetico di una serie di strutture comunali. Il processo di conversione termochimica rispecchia gli impianti precedenti, l’unica differenza sta nella sezione di generazione elettrica affidata al motore Stirling. Il cippato viene caricato mediante coclea nella parte superiore del gassificatore mentre l’aria d’alimento entra dalla parte inferiore. Il syngas prodotto nella sezione di gassificazione viene combusto nella caldaia per la generazione di calore. Il calore della caldaia viene somministrato al motore a combustione esterna a ciclo Stirling per la produzione di energia elettrica, mentre il calore residuo viene utilizzato per il preriscaldamento dell’aria necessaria al processo e per l’alimentazione della rete di teleriscaldamento.