A new unit commitment model including peak shaving and load leveling strategies

The Unit Commitment (UC) problem represents an important issue in the power industry that can heavily impact on the operating costs of energy production. The aim of a UC is to minimize these costs, which are largely influenced by an irregular load profile that is characterized by peaks that the require the commitment of additional power generating units. To better handle this problem, it is possible to adopt so-called peak shaving and load leveling strategies. This can happen by implementing in the UC specific technological improvements such as Energy Storage (ES) technologies, but also by developing specific market strategies, that nowadays represent a relatively new and appealing solution. In this thesis, a Mixed Integer Linear Programming (MILP) UC model that includes peak shaving and load leveling effects is developed by incorporating ES and load shifting strategies. Simulations are carried out with real data obtained from a set thermal generation units and a load profile throughout one day. The results are then analyzed in terms of operating cost reduction and economic feasibility. The employment of ES turns out to be effective to reduce the operating costs, although not easily applicable in real economic scenarios. The load shifting strategy results to be also suitable to reduce operating costs. Its possible implementation in a bilateral market environment is studied with respect to two specific agreements, here defined as ‘wholesale’ and ‘retail’. After the economic analysis of these two policies the wholesale agreement is revealed as the more advisable one to be adopted in the considered scenario, by providing a larger negotiation margin between the energy producer and the client.

Il problema dello Unit Commitment (UC) rappresenta un argomento importante nel settore energetico che può ripercuotersi fortemente sui costi operativi della produzione di energia. L’obiettivo di uno UC è di minimizzare tali costi, influenzati in gran parte dalle irregolarità nel profilo di carico, caratterizzato da picchi che richiedono l’impiego di unità di generazione aggiuntive. Per gestire meglio questo problema è possibile adottare strategie cosiddette di ‘peak shaving’ e di ‘load leveling’. Ciò può avvenire tramite l’implementazione di miglioramenti tecnologici all’interno dello UC, come ad esempio le tecnologie di Energy Storage (ES), ma anche tramite lo sviluppo di specifiche strategie di mercato, che al giorno d’oggi rappresentano una soluzione relativamente nuova e attraente. In questa tesi si sviluppa un modello di UC basato sul Mixed Integer Linear Programming (MILP) che include gli effetti di ‘peak shaving’ e di ‘load leveling’ attraverso l’implementazione di strategie di ES e di ‘load shifting’. Sono poi effettuate alcune simulazioni basate su dati reali di una serie di unità di generazione termica e su un profilo di carico durante l’arco di una giornata. I risultati vengono in seguito analizzati relativamente alla riduzione dei costi operativi e alla fattibilità economica. L’adozione di tecnologie di ES risulta essere efficace nel ridurre i costi operativi, anche se non facilmente applicabile all’interno di scenari caratterizzati da unità di generazione termica. La strategia di ‘load shifting’ risulta a sua volta efficace nel ridurre i costi operativi. La sua possibile implementazione all’interno di un mercato bilaterale è studiata relativamente a due tipi di accordo, definiti ‘wholesale’ e ‘retail’. Dopo un’analisi economica di entrambe le politiche, l’accordo ‘wholesale’ si rivela essere preferibile tra i due all’interno dello scenario considerato, consentendo un margine di negoziazione maggiore tra il produttore di energia e il cliente.