Sviluppo di una metodologia finalizzata al dimensionamento di un impianto di accumulo per la fornitura di servizi alla rete

The integration of production power plants based on renewable energy sources (RES) within the national electric power system is leading the regulator to face a series of challenges regarding the adequacy, the reliability and the security of the entire power system. It is in this contest that this work, concerning the study of energy storage systems (ESS) for the provision of ancillary services, takes place. In particular, the study is focused on the development of a methodology useful for the sizing of big size ESS to be installed nearby a wind farm. The initial part of this work concerns the description of the structure of the Italian electricity power system, the analysis of the storage systems state of art and their possible stationary applications. In the second part of the work is illustrated the collaboration with the company Sardeolica S.r.l. for the elaboration of a model, developed in the MATLAB environment, for the simulation of the operation of a li-ion battery energy storage system for the provision of fast – reserve, power arbitrage and primary frequency regulation services. The model turned out to be versatile and flexible as it allows an ordinary investor to evaluate the behaviour of a BESS when used for the provision of energy intensive and power intensive services. Furthermore, in this model, technical and economic parameters, such as the number of cycles performed by the battery, the overall energy processed by the system, the net present value (NPV) and the payback period (PBP), has been calculated in order to help defining the profitability of the investment. The entire analysis led to the conclusion that, in order to reconcile the needs of the network with those of potential investors, a possible choice is the adoption of a 10 MW - 20 MWh BESS for the provision of fast reserves and power arbitrage avoiding, if possible, the primary frequency regulation.

L’integrazione degli impianti di produzione da fonti energetiche rinnovabili (FER) all’interno del sistema elettrico nazionale sta portando i gestori delle reti a dover affrontare una serie di sfide per garantire l’adeguatezza, l’affidabilità e la sicurezza del sistema. Il presente lavoro, focalizzato sullo studio degli impianti di accumulo per la fornitura di servizi ancillari innovativi, si inserisce all’interno di questo contesto. In particolare, lo studio è incentrato sullo sviluppo di una metodologia utile al dimensionamento di un impianto di grossa taglia da installare in prossimità di un parco eolico. La prima parte del lavoro consiste nella descrizione della struttura del sistema elettrico italiano, nell’analisi dello stato dell’arte dei sistemi di accumulo e delle loro possibili applicazioni stazionarie. Nella seconda parte del lavoro viene illustrata la collaborazione con l’azienda Sardeolica S.r.l. per l’elaborazione di un modello, sviluppato in ambiente MATLAB, per la simulazione del funzionamento di un sistema di accumulo a batterie per la fornitura dei servizi di fast reserve, power arbitrage e regolazione primaria della frequenza. Tale modello si è rivelato estremamente versatile e flessibile in quanto permette ad un generico investitore di valutare il comportamento di un BESS qualora venga adoperato per l’erogazione di servizi energy intensive e power intensive. Inoltre, in tale modello, vengono calcolati dei parametri tecnici ed economici quali il numero di cicli effettuati dalla batteria, l’energia complessivamente elaborata dal sistema, il net present value (NPV) e il payback period (PBP) utili a definire la profittabilità dell’investimento. L’intera analisi ha portato alla conclusione che, al fine di conciliare le necessità della rete con quelle dei potenziali investitori, la scelta più conveniente risulta quella di adoperare un BESS di taglia prossima ai 20 MWh per la fornitura dei soli servizi di fast reserve e power arbitrage escludendo, se possibile, la fornitura della regolazione primaria di frequenza.