Renewable energy communities: legal framework, sensitivity analysis, prosumer battery modelling and optimisation

This study focuses on Renewable Energy Communities (REC). A recent trend that is proving impactful on the decarbonization goals. In addition, they foster a sense of community and help in lowering energy poverty in small communities. Focusing on Italy, the study explores the evolution and current standing of the legal framework. Italy underwent a transitory process which recently ended with the final formalisation of the REC and other possible configurations called "Self-Consumption Configurations for Renewable Energy Sharing" (CACERs). These configurations benefit from incentives on the shared energy and a capital contribution for the renewable energy plant investments under the National Recovery and Resilience Plan (PNRR). A well performing REC is based on maximizing the shared energy between its members. This study analyses a potential REC configuration from data for 72 prosumer households. Each of these have a PV system and battery storage. It is found that forming a REC with solely these prosumer profiles results in a poor energy sharing, standing at 32,44 MWh. In addition, self-sufficiency (shared energy divided by total consumption of REC) is merely 2,23% and self-consumption (shared energy divided by total injections of REC) is at 5,59%. To increase the sharing of energy, pure consumers need to join the REC. A model is built to simulate consumers joining the REC. It is found that both shared energy and self-consumption rate reach a limit (due to both being dependent on the constant total injected energy), instead self-sufficiency reaches a maximum at 93 additional consumers with value of 13,02%, after which the self-sufficiency starts declining. This is the ideal number of consumers that would need to join the REC, for it to perform optimally. The study continues by modelling the batteries and optimising their behaviours depending on the REC needs. A complex model is built to achieve the goal of maximising the shared energy by steering the batteries behaviours. Several concepts are introduced. It is found that w.r.t the standard model (no consumer profiles) this optimised model performs much better with a total shared energy of 94,47 MWh, self-sufficiency of 6,49% and self-consumption of 15,94%. In addition, a sensitivity analysis is conducted by adding consumers profiles and a reduction of 36% in the number of consumers needed to reach the optimal REC configuration is found.

Questo studio si concentra sulle Comunità di Energia Rinnovabile (CER). Una tendenza recente che sta dimostrando di avere un impatto significativo sugli obiettivi di decarbonizzazione. Inoltre, promuovono un senso di comunità e aiutano a ridurre la povertà energetica nelle piccole comunità. Concentrandosi sull'Italia, lo studio esplora l'evoluzione e l'attuale stato del quadro legale. L'Italia ha subito un processo transitorio che si è recentemente concluso con la formalizzazione finale delle CER e altre possibili configurazioni chiamate "Configurazioni di Autoconsumo per la Condivisione dell'Energia Rinnovabile" (CACER). Queste configurazioni beneficiano di incentivi sull'energia condivisa e di un contributo capitale per gli investimenti nell'impianto di energia rinnovabile nell'ambito del Piano Nazionale di Ripresa e Resilienza (PNRR). Una CER che performa in modo ottimale si basa sulla massimizzazione dell'energia condivisa tra i suoi membri. Questo studio analizza una potenziale configurazione di CER a partire dai dati relativi a 72 famiglie prosumer. Ognuna di queste dispone di un sistema fotovoltaico e di accumulo batterie. Si scopre che la formazione di una CER esclusivamente con questi profili di prosumer risulta in una condivisione energetica scadente, attestandosi a 32,44 MWh. Inoltre, l'autosufficienza (energia condivisa divisa per il consumo totale della CER) è solamente del 2,23% e l'autoconsumo (energia condivisa divisa per le immissioni totali della CER) è del 5,59%. Per aumentare la condivisione dell'energia, è necessario che si uniscano alla CER dei consumatori. Viene costruito un modello per simulare l'adesione dei consumatori alla CER. Si scopre che sia l'energia condivisa sia il tasso di autoconsumo raggiungono un limite (essendo che l’energia immessa nella CER è costante), invece l'autosufficienza raggiunge un massimo con 93 consumatori aggiuntivi con un valore del 13,02%, dopo di che l'autosufficienza inizia a diminuire. Questo è il numero ideale di consumatori che dovrebbero unirsi alla CER affinché questa funzioni in modo ottimale. Lo studio prosegue modellando le batterie e ottimizzando i loro comportamenti in base alle esigenze della CER. Viene costruito un modello per raggiungere l'obiettivo di massimizzare l'energia condivisa modificando il comportamento delle batterie. Rispetto al modello standard (senza profili di consumatori) questo modello ottimizzato si comporta molto meglio, con un'energia totale condivisa di 94,47 MWh, un'autosufficienza del 6,49% e un autoconsumo del 15,94%. Inoltre, viene condotta una nuova analisi di sensibilità aggiungendo profili di consumatori e si ottiene una riduzione del 36% nel numero di consumatori necessari per raggiungere la configurazione ottimale della CER.