Modello matematico e di ottimizzazione per il dimensionamento e la gestione di una comunità energetica

Abstract

Questo elaborato di tesi propone un modello matematico e di ottimizzazione per il dimensionamento degli impianti di generazione e di accumulo di energia elettrica e la gestione operativa di un’ipotetica microrete. Il dimensionamento e la gestione ottimali della suddetta microrete sono stati realizzati tramite lo sviluppo di un modello matematico di programmazione lineare e la sua implementazione in YALMIP, un toolbox presente nell’ambiente software per il calcolo numerico MATLAB. La presente tesi riporta, nel Capitolo 2, una breve panoramica sullo scenario energetico attuale, caratterizzato da una crescente diffusione di impianti di generazione distribuita da fonti rinnovabili. Successivamente, nel Capitolo 3, è descritto il modello matematico sviluppato, completo di variabili decisionali, vincoli e funzione obiettivo, e come esso si posiziona nell’ambito della letteratura scientifica odierna. I principali dati del problema sono illustrati nel Capitolo 4; in particolare, i dati tecnico-economici delle tecnologie esaminate sono stati ottenuti tramite un’analisi di mercato, i profili di carico elettrico delle diverse utenze afferenti alla microrete sono, in parte, ricavati da curve di carico reali e, per la restante parte, determinati mediante il software HOMER Pro, mentre si è utilizzato l’archivio dati di Edilclima per analizzare le caratteristiche climatiche del sito preso in esame. Il Capitolo 5 espone, invece, i risultati del modello di ottimizzazione, attraverso l’analisi del caso di studio riguardante l’ipotetica microrete descritta nel capitolo precedente e, infine, sono riportate le conclusioni finali. Nell’appendice è riportato il codice scritto in linguaggio MATLAB in riferimento al caso di studio.

This thesis proposes a mathematical and optimization model for the sizing of energy generation and storage and the operational management of a microgrid. The optimal sizing and management of the aforementioned microgrid were achieved through the development of a mathematical model of linear programming and its implementation in YALMIP, a toolbox present in MATLAB software. This thesis reports, in Chapter 2, a brief overview of the current energy scenario, characterized by a growing diffusion of distributed generation plants from renewable sources. In Chapter 3, the developed mathematical model is described and how it is positioned in today's scientific literature. The main data of the problem are illustrated in Chapter 4; in particular, the technical-economic data of the technologies examined were obtained through a market analysis, the electrical load profiles of the users of the microgrid are, in part, obtained from real load curves and, for the remainder, determined using the HOMER Pro software, while the Edilclima data archive was used to analyze the climatic characteristics of the site under examination. Chapter 5, on the other hand, presents the results of the optimization model, through the analysis of the case study concerning the hypothetical microgrid described in the previous chapter and, finally, the final conclusions are reported. The appendix shows the code written in MATLAB language with reference to the case study.