Valutazione dell’Impatto dell’Elevata Penetrazione di Fonti di Energia Rinnovabile sulle Reti di Distribuzione Elettrica mediante Analisi di Hosting Capacity

Abstract

Negli ultimi anni, l'integrazione delle Fonti di Energia Rinnovabile (FER) ha subìto una significativa accelerazione, spinta dagli ambiziosi obiettivi climatici europei e dalla volatilità dei prezzi energetici derivante da un complesso scenario geopolitico. Il presente lavoro di tesi propone una valutazione della Hosting Capacity (HC) per analizzare i limiti tecnici legati a un'elevata penetrazione delle FER nelle reti di distribuzione. La HC è definita come la massima potenza aggiuntiva che può essere immessa in una rete senza compromettere la sicurezza e l'affidabilità dell'esercizio.

Lo studio approfondisce due metodologie principali: una valutazione condotta tramite il software open-source VeraGrid e un algoritmo di Optimal Power Flow (OPF) sviluppato appositamente per massimizzare le immissioni di potenza. Entrambi gli approcci sono applicati a due casi studio: una rete in bassa tensione (BT) a 4 nodi e una rete a media-bassa tensione (MT/BT) a 15 nodi estratta dal dataset SimBench. L'analisi si basa su dodici "giorni tipo", che rappresentano i profili medi mensili di generazione e consumo con una risoluzione temporale di 15 minuti, permettendo una valutazione completa su diverse topologie e condizioni di carico.

La tesi è strutturata come segue: il Capitolo 1 introduce le FER e lo scenario energetico italiano; il Capitolo 2 esamina la letteratura sulla HC; il Capitolo 3 descrive l'OPF sviluppato ad hoc; il Capitolo 4 presenta VeraGrid; il Capitolo 5 dettaglia i casi studio; il Capitolo 6 analizza i risultati per entrambi i modelli OPF e VeraGrid ed effettua un'analisi comparativa tra di essi; e il Capitolo 7 presenta le conclusioni finali.

In recent years, the integration of Renewable Energy Sources (RES) has accelerated significantly, driven by ambitious European climate targets and energy price volatility resulting from a complex geopolitical landscape. This thesis presents a Hosting Capacity (HC) assessment to evaluate the technical limitations of high RES penetration within Distribution Networks (DNs). HC is defined as the maximum additional power that can be injected into a DN without compromising the safety and reliability of network operations.

The study explores two primary methodologies: an evaluation using the open-source software VeraGrid and a custom-developed Optimal Power Flow (OPF) algorithm designed to maximize additional power injections. Both methodologies are applied to two study cases: a 4-bus Low Voltage (LV) grid and a 15-bus Medium-to-Low Voltage (MV/LV) grid extracted from the SimBench dataset.

The study cases are analysed using twelve "typical days", representing average monthly generation and consumption profiles, on a 15-minute time scale. This allows for a comprehensive assessment of the methodologies across different network topologies and loading conditions.

The thesis is structured as follows: Chapter 1 introduces RES and the Italian energy scenario; Chapter 2 reviews the literature on HC; Chapter 3 describes the custom-developed OPF; Chapter 4 presents VeraGrid; Chapter 5 details the study cases; Chapter 6 analyzes the results for both the OPF and VeraGrid models and performs a comparative analysis between them; and Chapter 7 presents the final conclusions.