Ottimizzazione della gestione energetica di una batteria integrata in una rete cogenerativa

Abstract

Il presente lavoro di tesi si focalizza sulla creazione e implementazione di funzioni software in Matlab per un sistema di simulazione finalizzato all'ottimizzazione operativa di una rete dedicata alla fornitura combinata di elettricità e calore al campus universitario di Savona. La rete studiata sarà considerata in diverse configurazioni; la versione più elaborata sarà costituita da una microturbina, una pompa di calore, un sistema per l’accumulo di energia termica e la batteria stessa. L'obiettivo primario del lavoro consiste nell'analisi delle varie condizioni operative e dei costi associati all'utilizzo del sistema, e particolare attenzione è posta alle potenzialità che una batteria innovativa (battery energy storage system, BESS) al Nichel-Zinco potrebbe introdurre. La scelta di questo argomento è stata motivata dalla crescente importanza delle microgrid nel contesto della progressiva decentralizzazione della produzione di energia elettrica e dalla necessaria ricerca di sostenibilità economica e ambientale in questo frangente. Il programma utilizzato ha consentito di effettuare simulazioni dettagliate in diverse situazioni di lavoro: sono stati presi in considerazione il variare delle richieste, delle condizioni ambientali e della possibilità di ottenere un incasso per l'energia prodotta e non utilizzata reimmessa nella rete nazionale; ogni caso è stato poi eseguito per i vari mesi dell’anno. I risultati ottenuti mostrano quali siano le migliori strategie di ottimizzazione e i costi connessi all’uso dell’impianto, in tutti i risultati ottenuti si sono rilevati risparmi in presenza della batteria: variabili tra l’1.98% e 7.18% su base giornaliera a seconda del caso preso in considerazione.

The present thesis focuses on the creation and implementation of software functions in Matlab for a simulation system aimed at the operational optimization of a network dedicated to the combined supply of electricity and heat to the Savona University campus. The considered network will be examined in various configurations; the most elaborate version will consist of a microturbine, a heat pump, a system for thermal energy storage, and the battery itself. The primary objective of the work is to analyze the various operational conditions and costs associated with the system's use, with particular attention to the potential introduced by an innovative Nickel-Zinc battery energy storage system (BESS). The choice of this topic was motivated by the increasing importance of microgrids in the context of the progressive decentralization of electricity production and the necessary pursuit of economic and environmental sustainability in this context. The program used allowed for detailed simulations in different working situations: variations in demand, environmental conditions, and the possibility of generating revenue with the unused produced energy reintroduced into the national grid were considered. Each case was then run for different months of the year. The results obtained show the best optimization strategies and costs associated with the plant's use; all results demonstrated savings with the presence of the battery, ranging from 1.98% to 7.18% daily depending on the case considered.