Analisi della potenzialità di minireti ibride per l'elettrificazione rurale in contesti in via di sviluppo : dalla definizione accurata dei fabbisogni al progetto ottimo di minireti isolate

In this work we investigate the potential of hybrid stand-alone microgrids for rural electrification. First we describe in detail all the needs of the community that live in this context. We describe the algorithm we used to translate these needs into electric loads, and the global datasets we used to apply the algorithm. The global datasets and the algorithm have been implemented in an Excel+VBA program, which is able to calculate the hourly load demand in rural villages given the latitude and the longitude. Then we describe two methods for the optimization of the microgrid, which represent two different states of the art. The first method is based on heuristic dispatch strategies, the second one on an optimization algorithm that achieves better results. We describe the heuristic dispatch strategy developed in this work, that achieves an improvement compared to the common commercial dispatch strategies. We use the described strategy to design a hybrid stand-alone microgrid in three realistic rural villages in India, and we analyse the effect of external variables (such as wind speed and biomass availability) on the energy cost and on the component optimal sizes. The present work has reached three important results: (i) the development of a general and flexible algorythm for the definition of load demand, with the possibility of considering different goods, (ii) the definition of a new heuristic dispatch strategy for planning and operation of programmable loads and generators, (iii) the implementation of an optimization routine for the optimal design of the microgrid.

Il presente lavoro si occupa di analizzare la potenzialità di minireti isolate ibride per l'elettrificazione di villaggi rurali lontani dalla rete elettrica nazionale in paesi in via di sviluppo. In primo luogo si esegue una panoramica su quali sono i fabbisogni nel contesto descritto. Si illustra la metodologia che è stata adottata per tradurre questi bisogni in carichi elettrici orari, e si descrivono i dataset globali utilizzati per applicarla. I dataset e la metodologia sono stati implementati in un programma Excel+VBA che rende il processo di calcolo della domanda di elettricità automatico. In secondo luogo si descrivono due metodologie per il dimensionamento della minirete, che rappresentano due diversi stati dell'arte: una metodologia è basata su strategie euristiche, l'altra su di un vero e proprio algoritmo di ottimizzazione. Quest'ultima riesce ad ottenere i risultati migliori. Si descrive poi una strategia euristica innovativa che è stata elaborata nel presente studio, con la quale si riesce ad ottenere un miglioramento rispetto alle strategie comunemente utilizzate in applicazioni commerciali. Infine la strategia descritta viene utilizzata per dimensionare una minirete in tre villaggi realistici in India e per una analisi che descrive l'influenza di alcuni fattori esterni, come la velocità del vento e la disponibilità di biomassa, sul costo dell'energia prodotta, sulle taglie ottime dei componenti e sul comportamento della minirete. In conclusione, il lavoro svolto ha portato a tre risultati importanti: (i) l’elaborazione di un algoritmo per la definizione dei carichi molto generale e flessibile con la possibilità di considerare diversi beni, (ii) la definizione di una nuova strategia euristica per la gestione di carichi e generatori programmabili, (iii) l’implementazione di una routine di ottimizzazione per l’individuazione del progetto ottimo della minirete.