Participation of aggregated DER to the Ancillary Services Market: a Monte Carlo simulation based Heuristic Greedy-Indexing model

Distributed Energy Resources (DER) are driving the transformation of electricity networks worldwide, increasing the need for flexibility. In an effort to improve the stability and secure operation of the grid, regulatory bodies are opening Ancillary Services Markets (ASM) participation to DER, storage systems and Demand Response (DR). Within this framework, the Virtual Power Plant (VPP) concept has shown the most promise both in technical and economical terms. This study proposes a model that simulates the operation of a VPP, in order to evaluate its expected performance in the markets, and define the most effective configuration to improve revenues and to reduce imbalances, participating in the ASM for provision of Secondary and Replacement Reserve services. The model is tested on the actual Italian ASM data of the year 2016, a Monte Carlo method is employed to create a population of DER aggregation scenarios, representative of their distribution in Italy, and Greedy-Indexing heuristics were adopted to determine a locally optimal real-time operation of regulating units. The obtained results underline the profitability of configurations employing Combined Heat and Power (CHP) and/or hydroelectric storage as regulating units, while defining the conditions under which Battery Energy Storage Systems (BESS) may become viable in the future. DR was found to be viable, albeit within a more restricted range of applicability.

La Generazione Distribuita (GD) sta determinando una radicale trasformazione delle reti elettriche mondiali, determinando una maggiore flessibilità delle reti. Nell'ottica di aumentare la stabilità e favorire l'esercizio della rete in sicurezza, gli enti regolatori stanno prospettando la partecipazione al Mercato dei Servizi di Dispacciamento (MSD) agli impianti di GD, ai sistemi di accumulo e al carico (Demand Response - DR). In questo scenario, i Virtual Power Plant (VPP – a cui la normativa italiana si riferisce con il termine “Unità Virtuali Abilitate) hanno mostrato le migliori potenzialità dal punto di vista sia tecnico che economico. Questo lavoro propone un modello che simuli l'operazione di un VPP, in modo da valutarne le performance attese nei mercati, e definire le più efficaci configurazioni per migliorarne i profitti e ridurre gli sbilanciamenti, partecipando al MSD per la fornitura dei servizi di Riserva Secondaria e Terziaria. Il modello è testato sui dati MSD dell'anno 2016, una popolazione di scenari di aggregazione GD – rappresentativa della attuale distribuzione in Italia – è creata mediante metodo Monte Carlo, ed euristiche di tipo “Greedy-Indexing” sono sfruttate per determinare l'operazione in tempo reale delle unità di regolazione. I risultati ottenuti sottolineano l'efficacia e la redditività delle configurazioni che includono impianti cogenerativi e/o sistemi di accumulo idroelettrico come unità di regolazione, e definiscono le condizioni sotto le quali i sistemi di accumulo elettrochimici potrebbero diventare in futuro competitivi. La DR è risultata essere una valida opzione, sebbene con un campo di applicazione più ristretto.