Imbalance assessment and economic analysis of the day-ahead PV power output by different forecasting methods

One of the critical aspects of the power production from renewable sources as well as solar and wind regards their availability along the time. Indeed, they are discontinuous sources, they depend on weather conditions. This fact implies that the electric energy production is not programmable and the injection/withdrawal program communicated to the grid operator could be not precise. Therefore, forecasts of the power output from these renewable plants (solar and eolic) are needed to plan the production. When the effective quantities of energy differ from those communicated some imbalances are generated. If we consider that the share of renewables is constantly increasing and the technical constrains of the Italian electricity market regarding an instantaneous balance between quantities injected and withdrawn, the necessity to respect the transmission constraints, it is clear that imbalances could lead to a critical situation of the electrical grid. To promote a reduction of the imbalances from renewable sources they are valorized through the computation of imbalance penalties, to allocate to the producer who generate them, following resolution 522/2014/R/eel. Their calculation is task of Tern S.p.A. It depends on the plant size, if the plant is enabled or not to participate to the Dispatching Services Market (MSD), and the type of renewable source exploited, if programmable (storage hydroelectric) or not (solar/eolic). With the aim to reduce imbalances, and guarantee a safer electric system, forecasts of the power production become more and more important. In this Thesis will be analyzed the imbalance penalties would arise from the electricity production of a photovoltaic (PV) module located in the Energy Department at Politecnico of Milan and two types of forecasting methods: a physical one, based on some PV panel models, and a hybrid one that merges a forecasting method based on artificial neural network (ANN) with a clear sky model. They will be compared from the economic point of view, not considering costs, not only revenues from the energy sales, according to the current Italian regulation.

Uno dei principali aspetti critici della produzione di potenza da fonti rinnovabili come solare ed eolico riguarda la loro disponibilità nel tempo: sono infatti fonti aleatorie che dipendono dalle condizioni metereologiche. Ciò implica che la produzione di energia elettrica non sia programmabile e che il programma di immissione/prelievo che i produttori da fonte rinnovabile comunicano al gestore del mercato elettrico possa non essere accurato. Nel caso in cui le quantità comunicate differiscano da quelle effettivamente prodotte si generano degli sbilanciamenti. Considerando che la diffusione degli impianti rinnovabili è in continua crescita, e i vincoli stringenti a cui è soggetto il mercato elettrico italiano, tra cui il bilanciamento istantaneo tra le quantità di energia immessa e prelevata, è chiaro che l’insorgere di sbilanciamenti, siano essi positivi o negativi, possono condurre a stati di crisi del sistema elettrico. Per promuovere una riduzione degli sbilanciamenti da fonte rinnovabile essi sono valorizzati tramite il calcolo dei corrispettivi di sbilanciamento secondo la normativa vigente, 522/2014/R/eel e vengono allocati al produttore responsabile dello sbilanciamento. Diventa così di fondamentale importanza saper prevedere con precisione quanto il proprio impianto sarà in grado di produrre. In questa Tesi verranno analizzati i corrispettivi di sbilanciamento che sarebbero stati associati alla produzione di energia elettrica tramite alcuni pannelli fotovoltaici collocati presso il Dipartimento di Energia del Politecnico di Milano. Saranno confrontati e analizzati i risultati ottenuti utilizzando due diversi modelli previsionali al fine di stabilire quale fornisca migliori performance.