Optimal Design of a Battery Energy Storage System for a Charging Hub of Electric Vehicles in Vado Ligure

Abstract

La spinta globale verso le Fonti Energetiche Rinnovabili (FER) e la crescente adozione di veicoli elettrici hanno imposto la necessità di dotarsi di infrastrutture di ricarica per veicoli elettrici alimentate da FER. Tuttavia, la natura intermittente delle FER rende necessaria l'integrazione di sistemi di accumulo a batteria nella rete, al fine di mitigare i rischi e le incertezze. Il presente elaborato di tesi, sviluppato in collaborazione con FERA s.r.l., presenta un modello per l'optimal design di un sistema di accumulo a batteria da installare presso una stazione di ricarica di veicoli elettrici situata a Vado Ligure. L'obiettivo è la minimizzazione dei costi capitali, tenendo conto del prezzo di acquisto dell'energia dalla rete. Il modello, formulato come problema di programmazione lineare mista intera in MATLAB, definisce la tecnologia di sistema di accumulo a batteria da installare, sulla base di requisiti specifici. L'analisi di diversi scenari relativi ai costi capitali evidenzia la necessità di considerare attentamente l'investimento, in quanto il modello suggerisce di non installare alcun sistema di accumulo sotto determinate condizioni. Per quanto riguarda la scelta della tecnologia di sistema di accumulo a batteria, le batterie al litio-ferro-fosfato risultano essere una soluzione economicamente vantaggiosa. L'analisi dell'andamento della produzione da FER e del carico suggerisce un potenziale spiraglio verso l'autosufficienza e la riduzione della dipendenza dalla rete nel tempo. In definitiva, l'integrazione di FER e sistemi di accumulo a batteria per applicazioni su scala di rete offre vantaggi a lungo termine in termini di efficienza energetica e sostenibilità.

The global push towards Renewable Energy Sources (RES) and the increasing adoption of Electric Vehicles (EVs) have forced the need for robust EV charging infrastructures supported by RES. However, the intermittent nature of RES necessitates grid-integrated systems with Battery Energy Storage Systems (BESS) to mitigate risks and uncertainties. This thesis presents an optimal design model for BESS to support an EV charging hub in Vado Ligure, developed in collaboration with FERA s.r.l. The goal is to minimize capital costs while considering energy purchase costs from the grid. The model, formulated as a Mixed Integer Linear Programming (MILP) problem in MATLAB, selects BESS types based on specific requirements. Analysis of different CAPEX scenarios highlights the need for careful investment considerations, with the model suggesting no BESS installation under certain conditions. For the choice of battery storage type, Lithium Iron Phosphate (LFP) batteries emerge as a cost-effective solution. Observations of RES production trends and load demands indicate a potential shift towards self-sufficiency and reduced grid dependency over time. Ultimately, integrating RES and BESS for large-scale applications offers long-term energy efficiency and sustainability benefits.