Sviluppo di Sistemi Centralizzati e Locali di Gestione dell'Energia per il Funzionamento Ottimale di una Comunità Energetica Rinnovabile

Abstract

La tesi è stata sviluppata nell'ambito del Progetto di ricerca 1.7 “Tecnologie per la penetrazione efficiente del vettore elettrico negli usi finali” finanziato dall'ENEA nell'ambito dell'Accordo di Programma 22-24 “Ricerca di Sistema Elettrico” tra ENEA e Ministero dell'Ambiente (PTR 22-24). Questo studio si concentra sullo sviluppo di modelli matematici di ottimizzazione di tipo lineare misto intero (MILP - Mixed-Integer Linear Programming) per realizzare sistemi di gestione dell’energia (EMS - Energy Management System) sia per una CER nel suo complesso che per i suoi membri. La CER comprende FER, sistemi di accumulo, punti di ricarica AC e DC per veicoli elettrici, e considera anche l’uso delle tecnologie Vehicle-to-Grid (V2G) e Vehicle-to-Building (V2B). In particolare, vengono proposti due tipi di EMS: uno centralizzato, relativo all’intera CER, la cui funzione obiettivo consiste nel massimizzare l’energia condivisa all’interno della comunità, e diversi EMS locali, ognuno corrispondente a un membro della comunità stessa, che presentano una funzione obiettivo volta a minimizzare il costo giornaliero di acquisto dell’elettricità e lo scostamento con un profilo di potenza scambiata desiderato che è fornito dall’aggregatore della CER. La tesi è organizzata come segue. Il Capitolo 1 espone il quadro generale delle CER, concentrandosi sugli aspetti normativi e tecnici. Il Capitolo 2 riporta la rassegna bibliografica in materia. Il modello MILP per l’EMS centrale è descritto nel Capitolo 3, mentre il Capitolo 4 illustra i modelli MILP utilizzati per definire gli EMS locali. Tutti i dati di input, sia per l’EMS centralizzato sia per quelli locali, sono accuratamente definiti nel Capitolo 5 al fine di fornire una panoramica dettagliata della comunità del caso di studio e dei suoi membri. I principali risultati dell’applicazione alla CER dei modelli sviluppati sono illustrati nel Capitolo 6, mentre il Capitolo 7 traccia le principali conclusioni della tesi.

The thesis has been developed in the context of the research Project 1.7 “Technologies for the efficient penetration of the electric vector in the final uses” funded by ENEA within the “Electrical System Research” Program Agreement 22-24 between ENEA and the Ministry of the Environment (PTR 22-24). This study focuses on the development of Mixed-Integer Linear Programming (MILP) models to build Energy Management Systems (EMS) for both a REC as a whole and for its members. The REC includes RESs, Battery Energy Storage Systems (BESSs), AC and DC charging points for Electric Vehicles (EVs), and also considers the use of Vehicle-to-Grid (V2G) and Vehicle-to-Building (V2B). Specifically, two types of EMS are proposed: a centralised one, related to the whole REC, whose objective function is to maximise the energy shared within the community, and several local EMSs, each corresponding to a community member, which provide more detailed information on the optimised management of RESs and BESSs, EV charging points, and the energy exchange with the external distribution network. The objective function of the EMSs installed locally at the members' site aims at minimising the daily cost to buy electricity and the deviation with a desired exchanged power profile given by the REC aggregator thanks to the centralised EMS. The thesis is organised as follows. Chapter 1 presents the general framework for RECs, focusing on both regulatory and technical aspects. Chapter 2 reports the literature review. The MILP model for the centralised EMS is described in Chapter 3, while Chapter 4 reports the illustration of the MILP models used to define the local EMSs. All the input data for both the centralised EMS and the local ones are accurately defined in Chapter 5 to provide a detailed overview of the study case community and its members. The main results of the application of the developed models to the REC are reported in Chapter 6, while Chapter 7 draws the main conclusions of the thesis.