A vehicle to grid optimization model for energy arbitrage

The global shift towards sustainable energy necessitates innovative solutions to manage the integration of Renewable Energy Sources (RES) and Electric Vehicles (EVs) into the power grid. This thesis investigates the potential of Vehicle to Grid (V2G) technology, which enables bidirectional energy flow between EVs and the grid, allowing EVs to serve as mobile energy storage units. V2G technology optimizes energy use, supports grid stability and reliability, mitigates the variability of renewable energy sources, offers economic benefits through energy arbitrage. A Mixed Integer Linear Programming (MILP) optimization model for scheduling EVs charging and discharging is developed, focusing on reducing costs via energy arbitrage. Key components of the model include battery degradation considerations and Day-Ahead Market (DAM) electricity price. Sensitivity analysis identifies critical factors influencing the efficacy of V2G strategy, such as connection time, initial State of Charge (SoC), battery cost and life cycle, and electricity price fluctuations. Extensive simulations demonstrate significant cost savings for a public transport bus fleet when employing V2G strategy compared to traditional charging methods. Results for a public transport company over a month reveal notable economic benefits, showcasing the practical advantages of energy arbitrage in a fleet setting. The results also show considerable savings even with a controlled charging strategy, indicating that managed charging alone can provide substantial cost savings. Future developments include applying the optimization to a real bus fleet to assess model’s performance, and developing a similar model that integrate the possibility of frequency regulation support through an aggregator that provides a fixed discharge reward.

La transizione globale verso l’energia sostenibile sta promuovendo soluzioni innovative per integrare fonti energetiche rinnovabili e veicoli elettrici nella rete elettrica. Questo studio esplora il potenziale della tecnologia Vehicle to Grid (V2G), che consente il flusso bidirezionale di energia tra i veicoli e la rete, trasformandoli in unità mobili di stoccaggio energetico. Il V2G ottimizza l’utilizzo dell’energia, supporta la stabilità e l’affidabilità della rete elettrica, riduce la variabilità delle fonti rinnovabili, e offre benefici economici attraverso l’arbitraggio dell’energia. Viene proposto un modello di ottimizzazione con Programmazione Lineare Intera Mista (MILP) per la gestione della ricarica e scarica dei veicoli elettrici, focalizzandosi sulla riduzione dei costi tramite l’arbitraggio energetico. Il modello include diverse considerazioni sul degrado della batteria e utilizza il prezzo dell’energia elettrica riferito al Mercato del Giorno Prima (MGP). L’analisi di sensibilità identifica i fattori critici che influenzano l’efficacia della strategia V2G, come il tempo di connessione, lo stato iniziale di carica della batteria, il costo e il ciclo di vita della batteria, e le variazioni del prezzo dell’energia elettrica. Simulazioni dettagliate evidenziano significativi risparmi economici per una flotta di trasporto pubblico adottando la strategia V2G rispetto ai metodi tradizionali di ricarica. I risultati per una compagnia di trasporto pubblico nel corso di un mese mostrano notevoli benefici economici, dimostrando i vantaggi pratici dell’arbitraggio energetico in un contesto di flotta. Inoltre, si evidenzia che anche una strategia di ricarica controllata può fornire risparmi consistenti, sottolineando l’importanza della gestione intelligente della ricarica. I futuri sviluppi includono l’applicazione dell’ottimizzazione a una vera flotta di autobus per valutare le performance del modello e lo sviluppo di un modello simile che integri la possibilità di supporto alla regolazione della frequenza tramite un aggregatore che fornisce una remunerazione fissa.