Stand-alone battery energy storage system (BESS): plant design and economic assessment

Climate change represents one of the greatest challenges to be faced in the recent years, as its effects are becoming more and more explicit in time. Renewable power sources play a primary role in the phase out of the excessive exploitation of fossil fuels which supported the recent decades economic and population growth. Renewable systems are however characterized by two main issues: they are not programmable, and the generation profile fluctuates over time. To promote the increase of renewables penetration in the power mix without compromising the grid safety and reliability, storage systems are being adopted, as they provide useful energy management and ancillary services to the electricity system. The goal of the presented work was to design a stand-alone Battery Energy Storage System Plant which provides energy services to the grid, addressing the main aspects associated to the design process: regulatory frameworks and constraints, batteries and electrical components sizing and the transmission grid connection. Economic assessments have been carried out and presented as well, estimating the project feasibility with some of the main economic indicators and by taking into account the different revenue possibilities offered by the Italian electricity market. These results help understanding future trends of battery storage systems integration into the grid and the possibilities which are nowadays available to develop battery plants.

L’incremento della produzione di energia da fonti rinnovabili e la conseguente riduzione di sfruttamento di fonti fossili rappresenta una delle principali soluzioni al cambiamento climatico, i cui effetti sono gradualmente sempre più percepibili e rispetto al quale svariati governi si mobilitano al fine di contrastarlo. Tuttavia, gli impianti di produzione alimentati da fonte rinnovabile sono caratterizzati da due problematiche che influenzano la stabilità del sistema elettrico: non sono programmabili e il profilo di generazione è variabile nel tempo. I sistemi di stoccaggio dell’energia forniscono servizi nella rete elettrica che permettono di contrastare le problematiche intrinseche degli impianti alimentati a fonte rinnovabile. L’obbiettivo dell’elaborato è di presentare il processo di progettazione di un impianto di accumulo elettrochimico stand-alone che fornisca servizi utili alla gestione e ottimizzazione della rete elettrica, favorendo inoltre la penetrazione degli impianti di produzione alimentati da fonti rinnovabili. Saranno evidenziate le principali tematiche associate alla progettazione di un impianto di accumulo, tra cui l’identificazione dell’area di progetto sfruttabile a fronte di eventuali vincoli previsti sul territorio, il dimensionamento stesso dell’impianto e la sua connessione alla rete di trasmissione elettrica. Per verificare la fattibilità economica del progetto si effettua inoltre una valutazione economica che tenga conto dei segmenti di mercato dell’energia elettrica in cui l’impianto di accumulo può fornire servizi, ed i relativi meccanismi di remunerazione previsti. Questa analisi ha inoltre lo scopo di evidenziare il ruolo che il prezzo delle batterie ha sulla fattibilità economica di sistemi di accumulo elettrochimico, e si evidenzieranno gli effetti dei futuri andamenti di prezzo previsti.