Model-based investigation of an industrial microgrid with highly variable loads

A microgrid is a trending small-scale power system comprising distributed power generation, power storage, and load. The promotion and optimisation of an industrial microgrid in Djibouti are studied in this thesis. The microgrid helps reduce the dependency on unreliable utility grid electricity and minimize the cost of electricity generated by diesel. Furthermore, governments incentives encourage industries to promote renewable energies and sustainability. Djibouti development plan, for example, is to achieve a 100% renewable share by 2035. A case study has been presented for an industrial plant with variable loads. The investigation of the load suggests solutions such as soft starters and variable frequency drives, which lead to energy savings. The economic feasibility of the solutions is also considered. The microgrid energy mix and size are optimised using the open-source code MicroGridsPy based on mixed-integer linear programming. Therefore, a hybrid microgrid is optimised as a cost-effective solution for the existing industrial load. Several scenarios are investigated to analyse the feasibility of the studied system. Moreover, stochastic optimisation with different load scenarios is performed to assess better the actual condition of the load and account for probable future load demand increase. It is shown that demand-side load management is necessary due to the intermittent nature of renewable energies leading to reduced net present cost and improvement in other economic parameters. Finally, a sensitivity analysis is performed to evaluate the robustness of the method utilized.

Una microgrid è un sistema di alimentazione su piccola scala che comprende la generazione di energia distribuita, lo stoccaggio di energia e il carico. In questa tesi, vengono analizzate la promozione e l'ottimizzazione di una microgrid per applicazione industriale. Nel contesto del piano di sviluppo del paese, che si propone di di raggiungere una quota del 100% di energie rinnovabili entro il 2035, ridurre la dipendenza dall'inaffidabilità della rete elettrica di utilità e minimizzare il costo dell'elettricità generata dal diesel utilizzando la tecnologia fotovoltaica, la microgrid contribuisce ad aumentare la quota di energie rinnovabili in Gibuti. Il sistema di interesse è una microgrid con un carico altamente variabile. L'indagine del carico suggerisce soluzioni come soft starter e azionamenti a frequenza variabile, che portano al risparmio energetico. Inoltre, viene considerata la fattibilità economica delle soluzioni. Il mix energetico e la dimensione della microgrid sono ottimizzati utilizzando il codice open-source MicroGridsPy basato sulla programmazione lineare mixed-integer. Pertanto, una microgrid ibrida è ottimizzata come soluzione economica per il carico industriale esistente. Diversi scenari sono studiati per analizzare la fattibilità del sistema studiato. Inoltre, l'ottimizzazione stocastica con diversi scenari di carico viene eseguita per valutare meglio la condizione attuale del carico e tenere conto del probabile aumento futuro della domanda di carico. Si dimostra che utilizzando la gestione del carico dal lato della domanda, si ottiene una riduzione del costo attuale netto, miglioramenti di altri parametri economici e riduzioni di energia a causa della natura intermittente delle energie rinnovabili. Infine, viene eseguita un'analisi di sensibilità per valutare la robustezza del metodo utilizzato.