Isole Virtuali di Comunità Energetiche Rinnovabili: un Nuovo Servizio di Flessibilizzazione per le Reti di Distribuzione dell'Energia Elettrica

Abstract

Il processo di transizione energetica sostenibile per incontrare gli obiettivi climatici stabiliti sta spingendo verso l’estensione del sistema elettrico ad un numero crescente di settori, richiedendo l'inclusione di un numero sempre maggiore di Fonti di Energia Rinnovabile (FER) nel mix di generazione. Tuttavia, la massiccia penetrazione delle FER solleva nuove sfide per la resilienza e la sicurezza del sistema elettrico, rendendo necessario lo sviluppo di nuovi servizi di flessibilità per adattarsi alla natura variabile delle FER. Questa tesi indaga i servizi che le Comunità di Energia Rinnovabile (REC), una nuova entità introdotta dalla Direttiva Europea RED II (2018/2001), possono fornire in questo scenario mediante il Virtual Islanding (VI). Il controllo in isola virtuale delle REC consentirebbe alla comunità di operare in una configurazione di bilancio energetico (quasi) in tempo reale, auto-compensando le fluttuazioni della generazione e dei carichi stocastici, permettendo al sistema elettrico di essere meno soggetto a condizioni operative imprevedibili o volatili. Il controllo VI consente la riorganizzazione degli utenti attivi in aggregati che perseguono la neutralità energetica, fornendo un impatto positivo sul profilo di tensione, sul carico delle linee e sulla congestione delle sottostazioni, con l'obiettivo di aumentare la quota di energia rinnovabile nel sistema. I benefici introdotti dal VI riguardo ai suddetti problemi sono valutati su due casi di studio, una rete a sette nodi e una rete a trentatré nodi. Poi viene considerata la logica di controllo del layout descritto in cui l'Operatore di Sistema di Distribuzione (DSO) è escluso dal problema del dispacciamento, lasciando alla REC il compito di ottenere l'auto-bilanciamento. La parte più impegnativa di questo progetto è definire un'architettura decentralizzata con una quantità limitata di informazioni sulla rete, per ottenere una condizione operativa adeguata in condizioni di VI.

The imperative process of sustainable energy transition to meet climate change goals is driving the electrical system to extend its reach across an increasing number of sectors, necessitating the inclusion of more and more Renewable Energy Sources (RES) in the power generation mix. The massive penetration of RES, though, gives rise to new challenges for the resilience and security of the power system, therefore, new flexibility services need to be developed to adapt to the variable nature of RES. This thesis investigates the services that Renewable Energy Communities (REC), a novel entity introduced by European Directive RED II (2018/2001), can provide in this scenario by means of Virtual Islanding (VI). RECs VI control will allow the REC to operate in a (quasi) real-time power balance configuration, self-compensating the fluctuations of stochastic generation and loads, allowing the electricity system to be less subject to unpredictable or volatile operating conditions. VI control allows the re-organization of active end-users in aggregates that pursue energy neutrality providing a strong positive impact on voltage profile, line loading and substation congestion, with the aim of increasing the share of renewable energy in the system. The benefits introduced by VI regarding the aforementioned issues is assessed on two test cases, a seven-bus network and a thirty-three-bus network.Then the control logic of the described layout is considered, in this scenario the Distribution System Operator (DSO) is out of the dispatch problem leaving for REC the actual task to achieve the self-balancing. The most challenging part of this project is defining a decentralized architecture with limited amount of information about the grid to obtain a suitable operation condition in VI condition. A specific controller to manage the dispatchable units of the RECs is proposed to realize VI.