BESS modelling for the techno-economic assessment of a hybrid wind power plant

In recent years, Renewable Energy Sources (RES) have undergone a very rapid and important development, aiming to become the main sources of energy production in various sectors, including the electricity one. With the spread of renewable energy sources, Battery Energy Storage Systems (BESS) have also gained increasing importance, being capable of storing large quantities of energy and supplying it when necessary, thus increasing the flexibility of the grid. An important feature of BESSs is the possibility of being used both stand-alone and coupled to an RES power plant, making it a hybrid power plant. This thesis work, carried out in collaboration with a private company, presents a techno-economic evaluation of a hybrid wind power plant in the design phase, carried out through the development of a BESS model and the simulation of the operation of the plant. A BESS model was created in Matlab, through which various simulations have been carried out, testing different services provision up to estimate the revenues resulting by the BESS operation. The resulting revenues were then inserted into a predefined financial model provided by the company, through which the IRRs of the various cases analysed were evaluated, varying between 7,2% and 7,5%. These values were compared with the IRR relating to the stand-alone wind power plant configuration, equal to 10.2%, reaching the conclusion that the plant analysed, with the business models and BESS models considered and developed, would not be a convenient investment for the company. The main reason behind this result has been identified in the high costs of the BESS, which cannot be compensated with the additional revenues deriving from its use. However, for the future, a decrease in costs associated with BESS is expected and the possibility of adopting different and broader business models is also envisaged, including new sources of revenue from the electricity system.

Negli ultimi anni le fonti di energia rinnovabile (RES) hanno subito uno sviluppo molto rapido e importante, ambendo a diventare le principali fonti di produzione di energia in vari settori, tra cui quello dell’energia elettrica. Con la diffusione delle fonti di energia rinnovabile, hanno acquisito sempre più importanza anche i sistemi di accumulo di energia a batteria (BESS), essendo in grado di immagazzinare grandi quantità di energia e fornirla quando necessario, aumentando così la flessibilità della rete. Un’importante caratteristica dei BESS è la possibilità di essere impiegati sia in modo stand-alone che accoppiati ad un impianto di produzione di energia da fonte rinnovabile, rendendolo un impianto di produzione di energia ibrido. Questo lavoro di tesi, svolto in collaborazione con un’azienda privata, presenta una valutazione tecno-economica di un impianto di produzione eolica ibrida in fase progettuale, svolta mediante lo sviluppo di un modello di BESS e della simulazione del funzionamento dell’impianto. È stato realizzato un modello di BESS in Matlab, mediante il quale sono state effettuate varie simulazioni, testando la fornitura di diversi servizi per stimare i ricavi derivanti dall’impiego del BESS. I ricavi risultanti sono stati poi inseriti in un modello finanziario predefinito e fornito dall’azienda mediante il quale sono stati valutati gli IRR dei vari casi analizzati, variabili tra il 7,2% ed il 7,5%. Questi valori sono stati confrontati con l’IRR relativo alla configurazione dell’impianto eolico stand-alone, pari al 10,2%, giungendo alla conclusione che l’impianto analizzato, con i modelli di business e di BESS considerati e sviluppati, non risulterebbe un investimento conveniente per l’azienda. Il principale motivo dietro questo risultato è stato individuato negli elevati costi del BESS, che non riescono ad essere compensati con i ricavi aggiuntivi derivanti dal suo impiego. Tuttavia, per il futuro si prevede una diminuzione dei costi associati ai BESS e si prevede anche la possibilità di adottare modelli di business differenti e più ampi, comprendendo nuove fonti di ricavo dal sistema elettrico.