Integrazione di impianti di produzione fotovoltaica e sistemi di accumulo : modelli dinamici per la valutazione di impatto e dei servizi di rete

This thesis proposes a dynamic modeling of electrochemical storage systems and photovoltaic systems in order to study the impact of these devices on the grid frequency. A short-time solar radiation model has been developed starting from measured datas. A review about storage technologies has been made in order to find out the technologies that could be installed into the transmission grid right away. Given the regulatory environment on the storage topic, a more detailed analysis on the grid-related services has been carried out, focusing especially on the primary frequency control. The main technologies of photovoltaic power plants have been described and the development of prices and installations has been analyzed. A prevision of these for the upcoming future, based on different scenarios, has also been made. An UCTE grid model, representing the nowadays grid, has been built from public datas. 2016 and 2020 future scenarios have been extrapolated from previsional reports with regard to the power production coming from non-predictable renewable sources. The integration of the dynamic models into the grid models allows to evaluate the impact of the photovoltaic generation on the grid frequency in the present and future scenarios. Whether energy storage systems could dampen the frequency fluctuations (introduced by the variability of the solar source) or not is also investigated. A further analysis has been conducted on how the energy storage systems could impact the deterministic frequency variations, caused by the deregulation of the electricity market.

Questa tesi propone una modellizzazione dinamica dei sistemi di accumulo elettrochimici e degli impianti fotovoltaici per lo studio dell’impatto di questi apparati in termini di frequenza di rete. A questo scopo è stato sviluppato, partendo da dati misurati, un modello di radiazione solare che simuli variazioni nel breve periodo. Nel lavoro sono descritte le tecnologie di sistemi di accumulo esistenti per poi individuare quelle fornite di una maturità necessaria all’integrazione, evidenziandone, anche in accordo al contesto normativo, i servizi fornibili alla rete di trasmissione con particolare riguardo alla regolazione primaria di frequenza. Successivamente sono state presentate le principali tecnologie di impianti fotovoltaici, analizzando, per diverse nazioni europee, gli sviluppi registrati e attesi in termini economici e di incremento esponenziale delle installazioni. Partendo da dati pubblici si è poi sviluppato un modello di rete UCTE rappresentante la situazione attuale della rete europea. Partendo da scenari previsionali si sono costruiti dei modelli di rete associati al 2016 e 2020, ponendo particolare attenzione all’evoluzione del parco di generazione da fonte rinnovabile non programmabile. Integrando i modelli dinamici implementati in questi modelli di rete è stato possibile studiare, attraverso un simulatore dinamico, l’impatto della generazione fotovoltaica, odierna e futura, in termini di fluttuazioni di frequenza introdotte nella rete. Si è valutato poi come i sistemi di accumulo possano essere utilizzati per smorzare queste fluttuazioni e, quindi, il ruolo che questi apparati potrebbero avere nell’integrazione di una sempre maggiore produzione da fonte fotovoltaica. Un’ulteriore analisi è stata condotta sull’effetto benefico che i sistemi di accumulo potrebbero avere sulle variazioni di frequenza deterministiche che si verificano a causa delle fluttuazioni del carico e agli sbilanciamenti delle unità di generazione correlati con la gestione del parco di produzione in regime di libero mercato.