Modeling and Management of Smart Energy Networks

Con "smart grids'' si può identificare quello che rappresenteranno le reti elettriche del futuro, ovvero un sistema integrato ed intelligente, dove ogni dispositivo disponibile a modificare la propria generazione e il proprio assorbimento, è reattivo, attento ai segnali di prezzo, consapevole del proprio ruolo, sensibile agli aspetti ambientali, flessibile e interconnesso con gli altri. In questo scenario, tecnologie intelligenti, come i sistemi ICT (Information and Communication Technologies) e gli smart meter, permetteranno le interconnesioni e le interazioni tra questi dispositivi disponibili a partecipare nei servizi ancillari; mentre un sistema di gestione intelligente dovrebbe essere in grado di assicurare qualità, affidabilità, efficienza, efficacia nel servizio di fornitura e la libera partecipazione nei servizi per il supporto della rete di questi nuovi clienti. Sebbene lo scenario identificato dal termine "smart grids'' sembri essere chiaramente definito, risulta ancora necessario lo studio relativo al sistema di gestione fondamentale per coordinare in maniera efficiente le risorse distribuite nelle reti di distribuzione e le potenzialità introdotte da nuovi possibili participanti nella regolazione della rete, come per esempio i sistemi di accumulo e i veicoli elettrici. A questo proposito, i mercati energetici sembrano ideali per aiutare l'operatore di sistema a coinvolgere tutte le risorse energetiche nella regolazione della rete, permettendo anche lo sfruttamento della singergia tra differenti vettori energetici, allo scopo di incrementare l'efficienza e l'affidabilità generale di tutto il sistema. Infatti, i mercati energetici possono creare appropriati segnali di prezzo in grado di rendere sensibili alle esigenze della rete quei dispositivi disponibili a modificare la loro generazione e il loro assorbimento. È per questo motivo che sembra opportuno identificare questi dispositivi come clienti. Il principale filo conduttore di questa tesi è stato la ricerca di procedure intelligenti di gestione per la coordinazione di differenti risorse nelle future reti energetiche intelligenti. In particolare, è stata sfruttata l'idea chiave dell'importanza dei segnali di prezzo per ottenere un comportamento virtuoso dei clienti, concentrandosi su metodi di coordinamento in grado di assicurare con meccanismi semplici la gestione di un complesso sistema come quello della rete elettrica. Nel primo capitolo di questa tesi è presente una breve introduzione alle smart grids, ai mercati energetici e ai sistemi di accumulo, al solo scopo di presentare background e motivazioni di questo lavoro. Il capitolo 2 raccoglie le basi teoriche della modellizzazione dell'ambiente software sviluppato durante il dottorato e usato per studiare la gestione in reti energetiche intelligenti. Il capitolo 3 presenta le prime indagini sulla gestione di un energy hub, un centro di generazione, conversione e assorbimento, basata su segnali di prezzo adeguati a permettere una gestione ottima di flussi tra differenti vettori energetici, in modo da sfruttare la loro sinergia. Il capitolo 4 riporta quanto studiato per la gestione di un sistema multi-vettore energetico attraverso coefficienti di prezzo. In particolare, è stata analizzata la possibilità di utilizzare termini di prezzo proporzionali ad un segnale di riferimento che rappresenti la richiesta della rete in una gestione disaccoppiata di rete ed energy hub con sistemi di accumulo. Questa precudura di ottimizzazione disaccoppiata è stata applicata nel capitolo 5 a degli agglomerati di veicoli elettrici, intesi come sistemi di accumulo flessibili e distribuiti. Nel capitolo 6, infine, viene presentata un'innovativa procedura di gestione, basata sulla filosofia del token ring, mirata a coordinare risorse distribuite assicurando la loro libera partecipazione nei servizi per il supporto della rete. La tesi si chiude con il capitolo 7, che riassume e discute i più importanti traguardi raggiunti e suggerendo possibili lavori futuri.