Quantifying district-scale thermal flexibility using urban building modelling and virtual thermal storage representation

This work investigates the thermal flexibility potential of a university campus district through dynamic urban building energy modelling combined with reduced-order optimization. A resistance capacitance (RC) urban building energy model of Campus Bonardi is developed in EUReCA to simulate district-level heating and cooling demand. Flexibility parameters, including power setpoint sensitivity, effective thermal time constant, and usable thermal energy capacity, are identified through controlled dynamic perturbations of indoor temperature setpoints. Based on these parameters, a reduced-order Mixed-Integer Linear Programming (MILP) formulation is proposed to represent the district as a virtual thermal storage system suitable for reserve provision assessment. Seasonal electrical baseline conditioning is introduced to ensure consistency between simulated and measured cooling operation while preserving the physical interpretation of the extracted thermal parameters. The proposed framework enables the integration of building thermal inertia into market-oriented reserve modelling in a computationally tractable and physically consistent manner, contributing to the structured evaluation of district-scale flexibility in future energy systems.

Questo lavoro indaga il potenziale di flessibilità termica di un distretto di campus universitario attraverso la modellazione energetica dinamica degli edifici a scala urbana combinata con un’ottimizzazione a ordine ridotto. Un modello energetico urbano degli edifici basato su resistenza-capacità (RC) del Campus Bonardi è sviluppato in EUReCA per simulare la domanda di riscaldamento e raffrescamento a livello di distretto. I parametri di flessibilità, tra cui la sensibilità del setpoint di potenza, la costante di tempo termica efficace e la capacità di energia termica utilizzabile, sono identificati tramite perturbazioni dinamiche controllate dei setpoint di temperatura interna. Sulla base di questi parametri, viene proposta una formulazione di Programmazione Lineare Intera Mista (MILP) a ordine ridotto per rappresentare il distretto come un sistema di accumulo termico virtuale adatto alla valutazione della fornitura di riserva. Viene introdotto un condizionamento stagionale del baseline elettrico per garantire la coerenza tra il funzionamento di raffrescamento simulato e quello misurato, preservando al contempo l’interpretazione fisica dei parametri termici estratti. Il quadro metodologico proposto consente l’integrazione dell’inerzia termica degli edifici nella modellazione delle riserve orientata al mercato in modo computazionalmente trattabile e fisicamente coerente, contribuendo alla valutazione strutturata della flessibilità su scala distrettuale nei futuri sistemi energetici.