Assessing the deployment of PV and energy storage via multi-layer electric structure in energy system models

Climate change mitigation strategies are of great interest in the reduction of greenhouse gases emission related to the energy and industrial sector: renewable energy sources are envisaged to replace fossil fuel based systems in heat and power generation, increasing the vulnerability of the system to unpredictable weather oscillations and seasonal effects on wind, solar and hydroelectric energy availability, characterising renewable energy generation. Energy system models have a key role in the optimization and planning of future energy systems and in the study of energy system response in different hypothetical scenarios. However currently developed energy system models cannot evaluate the effects of distributed electrical energy generation, on various level of the electrical system, due to the lumped approach adopted for electrical infrastructure by most models. This does not allow for an accurate description of distribution losses and localized energy generation in close proximity of final energy consumer. Thus, the investigation on widespread renewable energy generation on energy system models is carried out in this work through the implementation of multiple sublevels of the electrical sector. By allocating electrical demand sectors, power generation and energy storage technologies on various interconnected sublevels the assessment of system performances, including distribution losses and self consumption, can be performed. Results show that even a very little uplift cost has a significant impact on the distribution of the installations and on the operational strategies.

Le strategie di mitigazione del cambiamento climatico pongono grande interesse alla riduzione delle emissioni clima-alteranti: le fonti di energia rinnovabili sostituiranno quelle fossili nella produzione di energia elettrica e termica, aumentando la sensibilità del sistema all'aleatorietà della disponibilità delle fonti di energia rinnovabile, soggette a fluttuazioni stagionali e nel brevissimo termine. I modelli matematici per lo sviluppo e la pianificazione sono un importante strumento per la valutazione degli impatti di diversi scenari sul sistema energetico. Tuttavia i modelli attualmente sviluppati potrebbero non essere in grado di rappresentare, con adeguata accuratezza, gli impatti che un'importante e dispersa generazione di energia elettrica ha sul sistema includendo gli effetti delle perdite di distribuzione e dell'auto-consumo di energia generata localmente. Questo documento mira a presentare un differente approccio di modellazione del sistema elettrico, passando da un modello a parametri concentrati, tipico dei modelli per sistema energetico attuali, ad un modello che separa fonti e consumatori di energia in più livelli nel sistema, all'interno dello stesso nodo. Il metodo proposto consiste nel creare diversi sotto-livelli interconnessi, in cui posizionare i consumatori e le diverse tecnologie di conversione e/o accumulo di energia. Tale approccio permette di valutare l'effetto del consumo locale di energia, includendo le perdite dovute alla distribuzione di energia elettrica, sul sistema energetico.