Modellazione di sistemi di accumulo a batteria ai fini della fornitura di servizi ancillari innovativi

This thesis work is part of the panorama of battery storage systems, in particular it aims to model such storage systems with the aim of providing innovative ancillary services. In fact, in addition to the simulation of tertiary frequency regulation, which is one of the main regulation services, the provision of the Fast Reserve service has also been simulated. The initial part of the work consists of an experimental campaign carried out on a utility-scale lithium-ion battery, located at the JRC (Joint Research Centre) in Ispra. A series of tests were carried out, simulating different operating conditions, with the aim of obtaining some fundamental parameters, such as the overall efficiency of the battery and the power required by the auxiliaries when the temperature and the power of the network vary. Then, the data obtained after these tests were input to a battery model that was created to simulate the supply of a fast reserve service, first, and a multiservice, represented by the fast reserve in association with tertiary frequency regulation, afterwards. Then the work continues with a technical-economic analysis of the results obtained in output from these simulations, in particular we focused on the calculation of the fundamental technical parameters, such as, for example, the energy non-provided on the total energy requested (to assess reliability of the system), the energy flows considered of interest and the battery ageing indexes, and on the calculation of the main economic parameters, such as NPV.

Questo lavoro di tesi si inserisce nel panorama dei sistemi di accumulo a batteria, in particolare si propone di modellare tali sistemi di accumulo con la finalità di fornire servizi ancillari innovativi. Infatti, oltre alla simulazione della Regolazione Terziaria di Frequenza, che rientra tra i servizi principali di regolazione, è stata simulata anche la fornitura del servizio di Fast Reserve. La parte iniziale del lavoro è costituita da una campagna sperimentale svolta su una batteria di taglia industriale avente tecnologia a ioni di litio, situata presso il JRC (Joint Research Centre) di Ispra. Sono stati effettuati una serie di test, simulando diverse condizioni operative, con lo scopo di ottenere alcuni parametri fondamentali, quali l’efficienza globale della batteria e la potenza richiesta dai sistemi ausiliari al variare della temperatura e della potenza di rete. Quindi, i dati ottenuti da tali test sono stati immessi come input ad un modello di batteria che è stato realizzato per simulare l’erogazione di un servizio di Fast Reserve, dapprima, e di un multiservizio, rappresentato dalla Fast Reserve in associazione alla Regolazione Terziaria di Frequenza, dopo. In seguito, il lavoro prosegue con un’analisi tecnico-economica dei risultati ottenuti in output da tali simulazioni. In particolare, ci si è concentrati sul calcolo dei parametri tecnici fondamentali, quali, ad esempio, la quantità di energia non fornita sul totale dell’energia richiesta (quale metrica dell’affidabilità del sistema), i flussi di energia ritenuti di interesse e gli indici di invecchiamento della batteria, e sul calcolo dei parametri economici principali, in particolare il VAN (Valore Attuale Netto) o NPV (Net Present Value).