Valutazione dei potenziali impatti dei parchi fotovoltaici sull'idrologia: evapotraspirazione ed effetti a scala locale sul deflusso
La tesi si propone di indagare tre aspetti cruciali legati alle risorse idriche e all'impatto emergente dei parchi solari sull'idrologia locale: tendenze dell'evapotraspirazione, prestazioni del modello di stima dell'evapotraspirazione e impatto dei parchi solari sulla climatologia locale, deflusso, evapotraspirazione e umidità del suolo. . In primo luogo, viene analizzato l'andamento storico dell'evapotraspirazione in un determinato periodo, esaminando le prestazioni di modelli di stima dell'evapotraspirazione utili all'analisi dell'impatto del parco solare. Analizzando i dati storici e i fattori climatici, la ricerca mira a identificare eventuali tendenze o modelli significativi nei tassi di evapotraspirazione, fornendo preziose informazioni sui potenziali impatti sulla disponibilità di acqua e sulle condizioni climatiche regionali e fornendo informazioni di base sulla possibilità di impatti dei parchi solari sul futuro idroclima locale. Caratterizzare i cambiamenti e le tendenze dei parametri idroclimatici è di fondamentale importanza per una migliore comprensione dei fenomeni legati al cambiamento climatico e per lo sviluppo di misure di mitigazione. L’evapotraspirazione è una delle componenti più essenziali del ciclo idrologico, con impatti sulle questioni di gestione delle risorse idriche, sulle pratiche agricole, sulla programmazione dell’irrigazione e sulle misure di adattamento ai cambiamenti climatici. La stima accurata dell'evapotraspirazione mediante metodi indiretti basati sulla temperatura e su altre variabili meteorologiche è vantaggiosa in termini di copertura spaziale, tempo e risparmio sui costi degli esperimenti archiviati. Inoltre, analizzare l’andamento spaziotemporale dell’evapotraspirazione e identificare i fattori climatologici più influenti per la sua sensibilità gioca un ruolo vitale per la gestione delle risorse idriche e la comprensione dell’impatto emergente delle infrastrutture di energia solare su larga scala sull’idroclimatologia. I parchi solari su larga scala stanno registrando una crescita significativa in diverse parti del mondo, inclusa la Sicilia, grazie al loro potenziale di riduzione delle emissioni di gas serra per la mitigazione dei cambiamenti climatici. Tuttavia, queste infrastrutture presenteranno sinergie e dilemmi riguardanti l’idroclima dell’ecosistema. Considerando i potenziali impatti dei parchi solari sull’evapotraspirazione, lo studio si propone di valutare le prestazioni dei metodi di stima dell’evapotraspirazione di riferimento (ETo) opportunamente applicati per il monitoraggio dei futuri parchi solari su larga scala. Verrà esaminato l'andamento dell'evapotraspirazione in diverse zone della Sicilia, utile come base per il futuro monitoraggio dei potenziali impatti dei parchi solari su larga scala. Date le sfide sopra menzionate, questo studio si propone di valutare le prestazioni di diversi metodi di stima dell’evapotraspirazione, esaminare l’andamento dell’evapotraspirazione di riferimento (ETo), identificare gli elementi climatologici più influenti, analizzare l’andamento spazio-temporale dell’evapotraspirazione potenziale (PET) da molteplici fenomeni meteorologici stazioni, ed infine affrontare la risposta dei pannelli fotovoltaici in termini di deflusso utilizzando il software di simulazione EPA SWMM. I dati meteorologici ottenuti dal Servizio Informativo Agrometeorologico della Sicilia (SIAS, http://www.sias.regione.sicilia.it/) sono stati utilizzato per calcolare l'evapotraspirazione di riferimento (ETo) e l'evapotraspirazione potenziale (PET) utilizzando il metodo FAO Penman-Monteith (metodo FAO PM). Questo metodo è considerato il miglior standard per la stima dell’evapotraspirazione dalla Food and Agricultural Organization (FAO) e dall’American Society of Civil Engineers (ASCE). Le prestazioni dei metodi di stima dell’evapotraspirazione basati sulla temperatura e sulla radiazione sono state valutate utilizzando diversi parametri di prestazione per monitorare gli impatti dei parchi solari sull’idrologia. Gli Hargreaves e Samani (HS), Baier e Robertson (BR), Priestley e Taylor (PT), Makkink (MKK), Turc (TUR), Thornthwaite (THN), Blaney e Criddle (BG), Ritchie (RT) e I metodi Jensen e Haise (JH) sono stati valutati utilizzando diversi parametri di prestazione. I risultati hanno mostrato che il metodo PT ha ottenuto le migliori prestazioni con un’efficienza di Nash-Sutcliffe (NSE) di 0,91. Il metodo HS ha ottenuto il secondo miglior metodo di stima (NSE = 0,51), ma significativamente peggiore del PT. Per analizzare l'andamento spazio-temporale di diversi elementi climatologici, ETo e PET sono stati analizzati utilizzando il test Mann-Kendall con rimozione seriale dell'autocorrelazione mediante pre-sbiancamento Trend-free (TFPW). La pendenza di Sen è stata utilizzata anche per esaminare l'entità del trend delle variabili meteorologiche mensili, stagionali e annuali, ETo e PET. La sensibilità di ETo è stata analizzata utilizzando gli algoritmi del coefficiente di sensibilità e del tasso di contribuzione. I risultati hanno mostrato che gli elementi climatologici hanno mostrato andamenti diversi stagionalmente e mensilmente, mentre ETo ha mostrato un andamento mensile crescente solo nel mese di novembre a Piazza Armerina. L'umidità specifica e la velocità del vento sono stati identificati come gli elementi climatologici più sensibili e che contribuiscono all'ETo a Piazza Armerina. A più scale spaziotemporali, la PET ha mostrato tendenze diverse in diverse stazioni meteorologiche in tutta la Sicilia. Agosto è stato il mese più rilevato per un trend in aumento di PET in più stazioni meteorologiche in Sicilia. Inoltre, cinque stazioni meteorologiche hanno rilevato costantemente una tendenza annuale in aumento, che potrebbe essere essenziale per le misure di mitigazione e adattamento al cambiamento climatico nella regione. La valutazione dei potenziali impatti sul deflusso superficiale degli impianti legati alle energie rinnovabili è fondamentale per uno sviluppo sicuro di tali progetti. Nella parte finale del lavoro, è stata analizzata la risposta dei pannelli fotovoltaici montati a terra in termini di generazione di deflusso utilizzando il software EPA SWMM. Lo studio ha simulato l'EPA SWMM considerando diversi fattori che hanno influenzato la formazione del deflusso. Questi fattori includevano diverse dimensioni di installazione, tipi di terreno, ietogrammi di input e rugosità superficiale variabile per confrontare il flusso di picco di deflusso e il volume di deflusso tra un bacino di riferimento e un parco solare. I risultati hanno mostrato che non vi sono stati cambiamenti pratici nel deflusso a breve termine dopo l’installazione. Tuttavia, a lungo termine, le modifiche nella copertura del suolo possono portare ad un potenziale aumento del deflusso. Ad esempio, sono stati ottenuti incrementi del flusso di picco dal parco solare fino al 21% e al 35% per riduzioni del coefficiente di rugosità rispettivamente del 10% e del 20%. Queste informazioni sono cruciali per la futura pianificazione delle infrastrutture dei parchi solari da parte di Ambiens S.r.l. (la fonte di finanziamento del dottorato) e altre società di energia solare nella regione. Sono necessarie ulteriori ricerche sperimentali per comprendere l’impatto dei parchi solari sull’idroclima locale in diversi scenari. L’analisi a lungo termine dell’andamento spazio-temporale dell’evapotraspirazione sarebbe utile anche per considerare misure di mitigazione climatica e progetti di energia solare.
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