Integrated demand service : peak shaving and wind power balancing multi-service controller

The European Commission has set the goal of reaching carbon neutrality in 2050. In order to achieve this goal flexibility providing solutions have to be developed for the renewable resources. The aim of this work is to evaluate if the electric heat booster can be used as a demand service provider. Here the electric heat booster is challenged to provide two services simultaneously: peak shaving for district heating and wind power balancing. The result would therefore be a multi service controller. After an accurate study of the two services through literature, single service controllers were designed and tested. This was done in order to assure that the services are provided. For each service more than one controller was designed, developed and tested through a real-life demonstration. The peak shaving service had to be provided using an open-loop controller due to how the data regarding the district heating consumption was delivered. The best peak shaving algorithm developed has a success rate of 75.00% in identifying the peak hours. For the wind power balancing service, the best controller developed uses the state of charge of the electric heat booster when making the fuel-shift decision. For this controller, efficiency is important. The efficiency of the controller is determined by the fact of fuel-shifting only in case of overproduction of wind power and energy can be stored in the electric heat booster. The controller reached, on average, an efficiency of 75.96%. The controllers for wind power balancing service and peak shaving service were later combined in order to design the multi service controller. The problem of priority was tackled, and the experimental results show that, to better provide the services, the peak shaving service should have highest priority. The results of the real-life demonstrations prove that demand service can be provided by the electric heat boosters, thus making them a viable option for providing flexibility when it will be required to be carbon neutral.

La Commissione Europea ha fissato come obiettivo di diventare carbon neutral entro il 2050. Per raggiungere tale obiettivo, è necessario sviluppare delle nuove soluzioni in grado di portare flessibilità alle risorse rinnovabili. Lo scopo di questo lavoro è quello di valutare se un electric heat booster può essere utilizzato per fornire servizi alle reti. In questo progetto, all’electric heat booster è stato richiesto di fornire due servizi simultaneamente: riduzione del picco di potenza per il teleriscaldamento e bilanciamento dell’energia eolica. Il risultato è stato quindi un controllore multiservizio. Dopo uno studio accurato della letteratura dei due servizi, per prima coso sono stati sviluppati e testati dei controllori monoservizio. Ciò è stato fatto in modo da assicurarsi che il servizio venisse fornito correttamente. Per ciascun servizio è stato progettato, sviluppato e testato in uno scenario di vita reale più di un controllore. Il servizio di riduzione del picco è stato offerto utilizzando un controllore open-loop. Questa scelta è stata necessaria a causa del modo in cui i dati riguardanti i consumi del teleriscaldamento venivano resi disponibili. Il miglior algoritmo sviluppato per la riduzione del picco ha avuto un successo pari al 75.00% nell’identificare le ore di picco. Per quanto riguarda il servizio di bilanciamento dell’energia eolica, il miglior controllore sviluppato utilizza lo stato di carica dell’electric heat booster nel compiere la decisione di fuel-shift. Per quanto riguarda questo controllore l’efficienza è importante. L’efficienza di questo controllore viene stabilita dal fatto di effettuare il fuel-shift solo in caso di sovrapproduzione di ener-gia eolica e la possibilità di immagazzinarla nell’electric heat booster. Il controllore ha raggiunto in media un’efficienza pari al 75.96%. I controllori dei due servizi so-pracitati sono in seguito stati usati per progettare il controllore multiservizio. Il pro-blema riguardante le priorità è stato affrontato e i risultati degli esperimenti dimo-strano che, per meglio fornire i due servizi, il servizio di riduzione del picco necessita priorità più alta. I risultati dei test condotti in scenari di vita reale provano che gli electric heat booster sono in grado di portare servizi alla rete, in questo modo rendendoli una soluzione percorribile per fornire la flessibilità richiesta e raggiungere l’obiettivo di es-sere carbon neutral.