Integrated optimization of multi-energy system operation and thermal comfort management for buildings

The growing interest in decarbonization promotes the spread of distributed generation and efficient load control approaches (demand-side management). In this framework, the definition of mathematical tools to tackle the integrated optimal management of energy resources and flexible loads is fundamental. This work addresses the concurrent optimization of the thermal comfort management in buildings and the optimal scheduling of the Multi-Energy System (MES) supplying their electric and thermal loads. The MES comprises thermal and electric renewable energy sources, CHP generators, heat pumps, boilers and energy storage systems. An extension of the MILP (Mixed Integer Linear Programming) scheduling problem formulation for MESs is proposed, by including a linearized dynamic thermal model of the building. The formulation allows optimizing not only the operation of the units but also the profiles of thermal energy supplied to each building and the dynamic evolution of their indoor temperature. This enables the possibility of exploiting the thermal inertia of the buildings to shift energy consumption and find a more economic operational planning for the generation units.

Il crescente interesse per la decarbonizzazione sta favorendo la diffusione della generazione distribuita e di approcci efficienti di controllo del carico (gestione della domanda). In questo quadro, la definizione di strumenti matematici per affrontare la gestione integrata ottimale delle risorse energetiche e dei carichi flessibili è fondamentale. Questo lavoro affronta l'ottimizzazione simultanea della gestione del comfort termico negli edifici e la programmazione ottimale del Sistema Multi-Energetico (MES) che fornisce i loro carichi elettrici e termici. Il MES comprende fonti di energia rinnovabile termica ed elettrica, motori cogenerativi, pompe di calore, caldaie e sistemi di accumulo dell'energia. Viene proposta un'estensione della formulazione del problema di programmazione MILP (Mixed Integer Linear Programming) per i MES, includendo un modello termico dinamico linearizzato dell'edificio. La formulazione permette di ottimizzare non solo il funzionamento delle unità, ma anche i profili dell'energia termica fornita ad ogni edificio e l'evoluzione dinamica della loro temperatura interna. Ciò consente di sfruttare l'inerzia termica degli edifici per spostare i consumi energetici e trovare una pianificazione operativa più economica per le unità di generazione.