Ottimizzazione dei sistemi di accumulo dell'energia, con particolare attenzione agli impianti di pompaggio connessi alla rete

Negli ultimi anni si è assistito ad una crescente produzione di energia da fonti rinnovabili intermittenti e alla necessità di un adeguamento dei sistemi elettrici per consentire una maggiore integrazione della produzione intermittente nella rete. L’elevato sfruttamento delle fonti energetiche rinnovabili nei sistemi di piccola e grande dimensione passa anche attraverso l’impiego di diverse tecnologie di accumulo. Nella prima parte della tesi sono analizzati i diversi servizi che possono offrire i sistemi di accumulo. In particolar modo, si ricordano servizi quali il time shift e l’integrazione di fonti rinnovabili che ben si adattano ad impianti di elevata capacità, oltre ai servizi come la qualità del servizio che si adattano ad impianti di piccola capacità. Sono inoltre analizzati i più comuni sistemi di accumulo dell’energia evidenziandone campi di applicazione, costi e sviluppi futuri. L’analisi approfondita della integrazione delle fonti rinnovabili nei sistemi deve essere condotta attraverso metodi di ottimizzazione e per questa ragione sono analizzati due algoritmi di tipo stocastico successivamente applicati allo studio dei sistemi. I diversi sistemi energetici analizzati sono di tipo sia non connesso che connesso alla rete elettrica. Inizialmente per studiare i sistemi è applicato il metodo degli energy hub che ben si presta a rappresentare sistemi complessi. Tale metodo è applicato ad un sistema di grandi dimensioni connesso alla rete che richiede energia elettrica e termica durante tutto l’anno. L’obiettivo dell’analisi è quello di determinare il funzionamento ottimale delle macchine al fine di ridurre i costi annuali. Le indagini continuano con l’analisi di un sistema di piccole dimensioni isolato dalla rete che deve soddisfare due richieste dell’utenza, è dotato di impianti per lo sfruttamento delle fonti energetiche locali abbinati ad accumuli. L’obiettivo dell’analisi è quello di determinare la gestione ottimale del sistema energetico per ridurre i costi di gestione del sistema. Le indagini proseguono con l’analisi di un sistema di grandi dimensioni isolato dalla rete che deve soddisfare molteplici richieste dell’utenza, è dotato di impianti per lo sfruttamento delle fonti energetiche locali abbinati a molteplici accumuli. L’obiettivo dell’analisi è quello di determinare la dimensione delle macchine installate e la gestione ottimale del stesse al fine di contenere i costi complessivi del sistema. L’analisi si sposta poi verso i sistemi di accumulo connessi alla rete elettrica, in particolar modo verso gli impianti ad aria compressa e agli impianti di pompaggio idroelettrico. Il sistema ad aria compressa è analizzato attraverso un modello di simulazione annuale in due scenari di utilizzo: come impianto di accumulo indipendente connesso alla rete elettrica e come impianto operante in coordinamento con un parco eolico. L’obiettivo per i due scenari di funzionamento è quello di massimizzare i guadagni dell’impianto di accumulo operante nel mercato elettrico. I sistemi di accumulo idroelettrici sono stati analizzati grazie ad una collaborazione presso un istituto di ricerca norvegese. Le indagini hanno riguardato tre impianti di pompaggio ripotenziati e operanti in coordinamento con sistemi eolici off-shore nel Mare del Nord. Le indagini hanno individuato nuove strategie di gestione degli impianti idroelettrici utili al livellamento della produzione eolica in abbinamento al rispetto dei vincoli ambientali sull’utilizzo delle riserve idroelettriche. Le analisi condotte hanno permesso di verificare come i sistemi di accumulo possano trovare applicazioni nella integrazione delle fonti rinnovabili nel breve e nel lungo termine, in applicazioni presso l’utente finale e presso la generazione. Le direzioni di ricerca principali puntano verso una maggiore indagine nelle tecniche dei gestione e maggiore ricerca sui singoli componenti attraverso programmi di ricerca sempre più integrati e completi.