Microgrid planning : an optimization system sizing tool for off-grid systems

The world is changing fast thanks to technology. It allows interconnection between people who, sharing ideas and influencing each other, become world citizens and speed up the development of countries. In September 2015, the general assembly of United Nations listed 17 Sustainable Development Goals to be achieved by 2030. Access to energy is among them, plays an important role in the well-being and development of countries and it is essential for achieving the goals set by the united nations. The best estimated solution to achieve the goal of universal electrification is the microgrid. The microgrid will allow the access to energy for the most remote areas where the traditional connection to the national electricity grid would certainly be expensive. Even in not completely isolated cases, microgrids play a fundamental role in improving essential services. Microgrids usually include renewable sources in addition to traditional energy sources. Renewable sources allow a reduction in the consumption of polluting substances. They have as drawbacks the problem of not being dispatchable and of concentrating all costs in the initial phase. To facilitate the development of microgrids, the thesis proposes an algorithm capable of modelling the relevant technologies allowing accurate planning of investments in the microgrid and providing a competitive solution in terms of costs with traditional energy sources. In particular, the aim of this work is to provide a tool capable to help the investor in the decision-making phase for a microgrid formed by photovoltaic panels, battery energy storage system and diesel generator. At the same time, the superiority of the diesel generator was highlighted on a technical and economic level. The proposed methodology has been implemented in the dimensioning tool Poli.NRG, a software coded by the Politecnico di Milano able to simulate off-grid networks. To validate the model, the tool is applied to two different case study: the Ngarenanyuki secondary school and the Rodrigues Island desalinization plant.

Il progresso tecnologico ha promosso il rapido sviluppo del mondo, consentendo alle persone di comunicare tra loro, condividere idee, influenzarsi a vicenda e accelerare lo sviluppo dei paesi. Nel settembre 2015, l'Assemblea generale delle Nazioni Unite ha elencato 17 obiettivi di sviluppo sostenibile da raggiungere entro il 2030. L'accesso all'energia è tra questi. Esso svolge un ruolo importante nel benessere e nello sviluppo dei paesi ed è essenziale per raggiungere gli obiettivi fissati dalle Nazioni Unite. La migliore soluzione stimata per raggiungere l'obiettivo dell'elettrificazione universale è la microgrid. Essa consente l'accesso all'energia nelle aree più remote in cui la connessione tradizionale alla rete elettrica nazionale sarebbe certamente costosa. Inoltre, anche nelle aree non completamente isolate, le microgrids svolgono un ruolo fondamentale nel miglioramento della qualità dell'energia. Le microgrids di solito includono fonti rinnovabili oltre alle fonti energetiche tradizionali. Sebbene le risorse rinnovabili possano ridurre le emissioni di inquinanti, hanno l’inconveniente di essere difficili da controllare direttamente e di avere elevati costi di investimento. Al fine di promuovere lo sviluppo della microgrid, la tesi propone un algoritmo capace di modellizzare le tecnologie pertinenti consentendo un'accurata pianificazione degli investimenti nelle microgrid e fornendo una soluzione competitiva in termini di costi con le tradizionali fonti di energia. In particolare, lo scopo di questo lavoro è quello di fornire agli investitori uno strumento di pianificazione della microgrid composta da pannelli fotovoltaici, sistemi di accumulo dell'energia e gruppi elettrogeni. Allo stesso tempo, la superiorità dei gruppi elettrogeni è stata evidenziata a livello tecnico ed economico. La metodologia proposta è stata implementata nel nuovo strumento di dimensionamento Poli.NRG, sviluppato e progettato dal Politecnico di Milano e in grado di simulare reti off-grid. Per verificare la validità del modello sviluppato, lo strumento è stato applicato a due diversi casi studio: alla scuola Ngarenanyuki e all’impianto di desalinizzazione nelle isole Rodrigues.