Vehicle to grid in the scenario of virtually aggregated units : a case study

This thesis work assesses the potential of the Vehicle-to-Grid (V2G) and Grid-to-Vehicle (V1G) technologies, two smart charging options for electric vehicles that allow also the provision of ancillary services. The case study considers a company car park where all employees are provided with an electric vehicle. This car park is also part of a virtual unit in which the figure of an aggregator brings together several units of small size (units of generation, consumption and storage) to ensure the participation in the Italian Ancillary Service Market. In order to comply with the technical specifications of the car fleet and of the virtual unit, as defined in the Italian pilot project deliberations, the analysis has been developed through a numerical model of mixed-integer linear problem that maximizes profit, obtained as the difference between the proceeds obtained from the sale of energy on the grid and the cost due to the quantity purchased, net of the price for vehicles’ recharging. The optimization model simulates the operation of the aggregate every 15 minutes, taking into account the energy balances, the limits on the available power according to the installed charging stations and the EVs presence, the economic data of the electricity market, the specific regulations on participation of two pilot projects (one for virtual units with different technologies and one for virtual units composed of only EVs), and finally the constraints of the state of the batteries according to the employees’ needs. The results show that these recent technologies, in addition to allowing a greater versatility of operation of virtual units and to provide ancillary services to the electricity grid, in some cases are economically advantageous.

Questo lavoro di tesi ha valutato il potenziale delle tecnologie Vehicle-to-Grid (V2G) e Grid-to-Vehicle (V1G), due opzioni di ricarica intelligente per veicoli elettrici che consentono anche la fornitura di servizi di dispacciamento. Il caso studio è quello di un parcheggio di un’azienda in cui tutti i dipendenti sono provvisti di auto elettrica. Questo parcheggio, inoltre, si assume facente parte di un’unità virtuale in cui la figura di un aggregatore riunisce più unità di piccola taglia (unità di generazione, consumo e accumulo) per fare in modo di poter partecipare al mercato dei servizi di dispacciamento italiano. Per rispettare le specifiche tecniche del parco auto e delle due diverse unità virtuali considerate, così come definite nelle delibere dei progetti pilota Italiani, si è svolta un’analisi basata su un modello numerico di ottimizzazione lineare mista-intera, che massimizza il profitto, ottenuto come differenza tra i proventi ottenuti dalla vendita di energia in rete e il costo dovuto alla quantità in acquisto, al netto del prezzo dell’energia per caricare i veicoli. Il modello di ottimizzazione simula il funzionamento dell’aggregato ogni 15 minuti considerando i bilanci energetici, i limiti sulla potenza disponibile in funzione delle colonnine installate e dei veicoli presenti, i dati economici del mercato elettrico, le normative specifiche sulla partecipazione a ognuno dei due progetti pilota e infine i vincoli sullo stato delle batterie secondo le esigenze dei dipendenti. I risultati mostrano che queste recenti tecnologie, oltre a consentire una maggiore versatilità di esercizio delle unità virtuali e a fornire servizi ancillari alla rete elettrica, in alcuni casi si rivelano economicamente vantaggiose.