Sizing and optimization of an island power system with very high penetration of renewables considering flexible demand, electrolysers, fuel cells and batteries

The European policies, planned for 2030 and 2050, aim to reduce the emissions to meet the global environmental goals. The use of renewable energy must increase, but the intermittency of wind and solar sources can create challenges in balancing the load. Using storage technologies can overcome this problem and will allow the reduction of conventional power plants. This thesis begins with an introduction on two storage technologies: the electrochemical energy storage, as batteries, and the chemical energy storage, as the production of hydrogen by electrolysis, then sold in the market or used with fuel cells. It’s then described the methodology to size and optimize a power grid, combining the use of conventional and renewable power plants, the related wind and solar sources, and the storage technologies. The methodology, written in Python, has been applied to a real case, based on Tenerife, focusing on the generation power mix, the different installed capacities and the lowest generation costs. This thesis is meant to be as an extension of the Posytyf deliverable: Definition and specification of Dynamic Virtual Power Plant (DVPP) scenarios.

Le politiche europee, previste per il 2030 e il 2050, mirano a ridurre le emissioni per soddisfare gli obiettivi ambientali globali. L’uso di energia rinnovabile deve aumentare, ma l’intermittenza delle fonti eoliche e solari può creare sfide nel bilanciamento del carico. Utilizzando tecnologie di stoccaggio è possibile superare questo problema e consentire la riduzione delle centrali convenzionali. Questa tesi inizia con un’introduzione su due tecnologie di stoccaggio: l’accumulo di energia elettrochimico, come le batterie, e l’accumulo di energia chimica, come la produzione di idrogeno per elettrolisi, poi venduto sul mercato o utilizzato mediante Fuel Cells. Viene quindi descritta la metodologia per dimensionare e ottimizzare una rete elettrica, combinando l’utilizzo degli impianti convenzionali e rinnovabili, delle relative fonti eoliche e solari, e delle tecnologie di stoccaggio. La metodologia, programmata in Python, è stata applicata a un caso reale, basato su Tenerife, concentrandosi sul mix energetico di generazione, sulle diverse capacità installate e sui costi di generazione di energia più bassi possibili. Questa tesi vuole essere un’estensione del deliverable di Posytyf: Definition and specification of Dynamic Virtual Power Plant (DVPP) scenarios.