Introduzione
La produzione di energia elettrica da fonti rinnovabili, specialmente il fotovoltaico o l’eolico, ha particolari caratteristiche che la rendono poco amichevole nei confronti del sistema elettrico, inteso come trasporto, distribuzione e mercato.
In particolare, il fotovoltaico è caratterizzato da una produzione concentrata nelle ore intorno le 12; mentre la produzione di un eolico è sostanzialmente casuale con eventuali ore della giornata di maggior produzione, in relazione alle caratteristiche climatiche del posto dove è localizzato l’impianto.
Per aumentare le caratteristiche di programmabilità e controllabilità di questi impianti, è possibile accoppiare in parallelo dei sistemi di accumulo. Il loro scopo fondamentale è di posticipare nel tempo l’immissione in rete dell’energia prodotta.
Una descrizione dei sistemi di accumulo accurata e precisa, specialmente del loro ruolo in relazione alla produzione da fotovoltaico, la fornisce il GSE a questo link.
Ma come fare delle valutazioni quantitative che permettano di stabilire taglia e caratteristiche in un sistema di accumulo? In particolare, tenendo in considerazione i costi dell’accumulo e il maggior ricavo che questo permette.
Il contesto
Per iniziare a rispondere a questa domanda, ho fatto quello che meglio so fare. Utilizzando un modello di ottimizzazione, ho simulato l’operatività e il ricavo ottenibile da un impianto fotovoltaico accoppiato con un sistema di accumulo in sei scenari ipotetici.
In ogni scenario viene tenuto costante il profilo di produzione e i prezzi orari dell’energia, coprendo quattro giorni consecutivi, supponendo di vendere tutto su MGP e considerando nulli gli oneri derivanti dagli sbilanciamenti.
L’impianto fotovoltaico
I profili di produzioni utilizzati per le simulazioni, corrispondono a dati reali provenienti da un impianto di produzione. Il grafico seguente mostra l’andamento della produzione.
I prezzi MGP
I prezzi MGP considerati nelle simulazioni sono rappresentati nel grafico seguente.
Il sistema di accumulo
Un sistema di accumulo è stato modellato considerando i seguenti parametri:
- energiaInizialeBatteria — quanta energia è già presente nella batteria al tempo 0
- riservaBatteria — percentuale di batteria che si vuole tenere a disposizione per la regolazione in tempo reale
- capienzaBatteria — quanta energia è possibile accumulare
- rendimentoBatteria — percentuale di energia persa durante l’iniezione o erogazione
- maxMovimentoBatteria — quantità massima di energia che si può movimentare in un ora
Le simulazioni
Le simulazione effettuate prendono in considerazione sei scenari diversi dove, per ognuno di questi, si cambiano i parametri che lo caratterizzano.
In ogni scenario, con un modello di ottimizzazione viene identificata la migliore strategia di utilizzo dello stoccaggio, in termine di iniezione ed estrazione di energia, con l’obiettivo di massimizzare il ricavo complessivo andando a valorizzare l’economia venduta sull’MGP. Il modello di ottimizzazione è descritto nel seguito dell’articolo.
Scenario 1
In questo scenario lo stoccaggio non è utilizzato, per cui l’energia viene venduta nel momento stesso in cui viene prodotta; il ricavo complessivo è pari a € 1.424,25
Scenario 2
Nello scenario 2, lo stoccaggio ha le seguenti caratteristiche:
- energiaInizialeBatteria := 0.02
- riservaBatteria := 10%
- capienzaBatteria := 0.2
- rendimentoBatteria := 88%
- maxMovimentoBatteria := 0.02
Il grafico che segue mostra come l’energia prodotta viene movimentata nello stoccaggio per essere venduta al mercato in tempi successivi a quello della produzione.
Il ricavo totale è pari a € 1.434,58
Scenario 3
Nello scenario 3, lo stoccaggio ha le seguenti caratteristiche:
- energiaInizialeBatteria := 0.04
- riservaBatteria := 10%
- capienzaBatteria := 0.4
- rendimentoBatteria := 88%
- maxMovimentoBatteria := 0.04
Il ricavo totale è pari a € 1.444,90 e l’uso dello stoccaggio è rappresentato nel grafico seguente.
Scenario 4
Nello scenario 4, lo stoccaggio ha le seguenti caratteristiche:
- energiaInizialeBatteria := 0.06
- riservaBatteria := 10%
- capienzaBatteria := 0.6
- rendimentoBatteria := 88%
- maxMovimentoBatteria := 0.06
Il ricavo totale è pari a € 1.455,22 e l’uso dello stoccaggio è rappresentato nel grafico seguente.
Scenario 5
Nello scenario 5, lo stoccaggio ha le seguenti caratteristiche:
- energiaInizialeBatteria := 0.1
- riservaBatteria := 10%
- capienzaBatteria := 1
- rendimentoBatteria := 88%
- maxMovimentoBatteria := 0.1
Il ricavo totale è pari a € 1.475,20 e l’uso dello stoccaggio è rappresentato nel grafico seguente.
Scenario 6
Nello scenario 6, lo stoccaggio ha le seguenti caratteristiche:
- energiaInizialeBatteria := 0.3
- riservaBatteria := 10%
- capienzaBatteria := 3
- rendimentoBatteria := 88%
- maxMovimentoBatteria := 0.3
Il ricavo totale è pari a € 1.574,76 e l’uso dello stoccaggio è rappresentato nel grafico seguente.
Il modello di ottimizzazione
Il risolutore
Prima di parlare del modello, conviene premettere che per la sua risoluzione è stato utilizzato un software della galassia GNU Project: glpk. Questo software è stato scelto perché sufficientemente potente per la risoluzione del problema di ottimizzazione da implementare; ma anche e soprattutto perché mette a disposizione un linguaggio con il quale esprimere modelli lineari di ottimizzazione.
Maggiori dettagli su glpk sono disponibili al seguente indirizzo.
GLPK - GNU Project - Free Software Foundation (FSF)
Introduction |Downloading |Documentation |Mailing Lists/Newsgroups |Request an Enhancement |Report a Bug |Maintainer…www.gnu.org
Introduction |Downloading |Documentation |Mailing Lists/Newsgroups |Request an Enhancement |Report a Bug |Maintainer…www.gnu.org
Il modello
Il modello di ottimizzazione utilizzato ha lo scopo di identificare le migliori operazioni di iniezione ed estrazione dell’energia nello stoccaggio, tenendo conto dei vincoli tecnici di quest’ultimo, con l’obiettivo di rendere massimo il ricavo proveniente dalla vendita dell’energia sull’MGP.
Il codice sorgente del modello implementato in glpk è disponibile al seguente link:
Codice glpk impatto accumuli
Generali / param giorniOrizzonte; param oreOrizzonte; / Batteria / param energiaInizialeBatteria; param…paper.dropbox.com
Generali / param giorniOrizzonte; param oreOrizzonte; / Batteria / param energiaInizialeBatteria; param…paper.dropbox.com
Conclusioni
La tabella che segue mostra come varia il ricavo in funzione della capacità dell’accumulo nei sei scenari presi in considerazione.
Molti sono gli aspetti che non sono stati trattati in queste poche pagine; ad esempio: l’ammortamento del’impianto di stoccaggio; un periodo che comprenda almeno un anno per considerare anche l’impatto della stagionalità sulla produzione; l’impatto degli sbilanciamenti.
Resta comunque valido l’approccio basato su un modello di ottimizzazione per effettuare una valutazione chiara e precisa dell’economicità di un investimento; specialmente quando ci sono possibilità di arbitraggio e speculazioni non banali.
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