Valutazione dei Costi Marginali nei Sistemi Energetici Integrati per Edifici: un Quadro di Ottimizzazione dal Lato della Domanda per i Mercati della Flessibilità Energetica

Abstract

Il settore residenziale è uno dei principali responsabili del consumo energetico globale e delle emissioni di gas serra, rendendolo un ambito fondamentale per il raggiungimento degli obiettivi climatici. Questo studio propone un approccio innovativo per affrontare le sfide legate all’integrazione delle energie rinnovabili e all’ottimizzazione dei consumi negli edifici, attraverso strategie avanzate di gestione energetica. Un edificio situato a Dublino, dotato di pompa di calore, caldaia a gas, pannelli fotovoltaici e sistema di accumulo termico, è stato analizzato come caso studio. Sono stati sviluppati due approcci: un algoritmo basato su regole e uno di ottimizzazione, entrambi finalizzati a minimizzare i costi operativi giornalieri, garantendo al contempo la soddisfazione delle esigenze energetiche. Indicatori chiave di prestazione, come il costo marginale della flessibilità e la flessibilità elettrica disponibile, sono stati utilizzati per valutare il potenziale di flessibilità e l’efficienza economica del sistema. I risultati evidenziano che tecnologie avanzate e un’ottimale gestione degli accumuli energetici consentono di ridurre significativamente i costi e migliorare la flessibilità del sistema. Configurazioni che privilegiano le rinnovabili e l’uso efficiente degli accumuli si sono dimostrate più efficaci rispetto ai sistemi tradizionali, che comportano costi elevati e scarsa adattabilità. Lo studio sottolinea inoltre il ruolo cruciale dei futuri mercati della flessibilità nel promuovere soluzioni dinamiche e collaborative per la gestione dell’energia. Si suggerisce di ampliare l’analisi ai distretti energetici e di esplorare strategie diversificate di risposta alla domanda, per favorire la transizione verso sistemi energetici sostenibili e resilienti.

The building sector is one of the largest contributors to global energy consumption and greenhouse gas emissions, making it a critical focus for achieving climate objectives. This study presents a framework to tackle the challenges of integrating renewable energy sources and optimizing energy consumption in buildings by implementing advanced energy management strategies. A building, located in Dublin, equipped with a heat pump, gas boiler, photovoltaic panels, and thermal energy storage is analyzed as a case study to evaluate energy flexibility. Two approaches: a rule-based algorithm and an optimization algorithm are employed to minimize daily operational costs while effectively meeting both electrical and thermal demands. Key Performance Indicators, including the Specific Marginal Cost of Flexibility and the Available Electric Energy Flexibility, are introduced to quantify flexibility potential and economic performance. The results highlight that adopting advanced technologies and optimizing energy storage systems significantly improve cost efficiency and enhance system flexibility. Configurations that prioritize renewable energy integration and efficient storage utilization demonstrate the greatest benefits, reducing costs and maximizing adaptability. In contrast, reliance on traditional systems limits flexibility and increases expenses. The study also underscores the importance of future flexibility markets in driving dynamic energy management strategies and fostering collaboration among energy stakeholders. Expanding the scope to district-level systems, exploring diverse demand-response strategies, and refining temporal resolutions are recommended to further advance the understanding and practical implementation of energy flexibility, supporting the transition to sustainable and resilient energy systems.