il laboratorio di microreti di generazione ed accumulo sviluppo algoritmi genetici wind prime movers

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  • www.ravenna2015.it www.ravenna2015.it

    Il Laboratorio di Microreti di

    Generazione ed Accumulo

    Francesco Melino

    CIRI Energia ed Ambiente

    UO Bioenergie

    Alma Mater Studiorum –

    università di Bologna

  • www.ravenna2015.it

    Perché un laboratorio di microgenerazione

    e accumulo di energia?

    2

    ANNO 2008

    Incremento della produzione eolica e

    solare dal 2008 al 2013

    + 605 %

  • www.ravenna2015.it

    Perché un laboratorio di microgenerazione

    e accumulo di energia?

    • regolazione impianti a

    combustibile

    • fasce orarie differenziate

    • educare l’utenza ad un uso

    consapevole

    • accumulo

    ISTITUZIONI

    • come erogare energia

    in modo continuativo?

    • come soddisfare la domanda

    in qualsiasi momento della

    giornata?

    IMPRESE/PRIVATI • quando conviene

    acquistare energia sul mercato?

    • quando conviene vendere il surplus di energia prodotta autonomamente?

    • EE non è stoccabile

    • produzione e consumo sono simultanei

    VINCOLO

    NUOVO SCENARIO

    PRODUTTIVO

    PROBLEMI

    CONSEGUENTI

    SOLUZIONI TECNICHE

    PREVISIONE

    DELLA DOMANDA

    DI ENERGIA

    ELETTRICA

    NAZIONALE

    RICERCA

    INDUSTRIALE

    • crescente incidenza

    delle FER non

    programmabili sulla

    produzione di EE

    • necessità di sviluppare

    nuove modalità di

    gestione della rete

    (FonteTerna)

  • www.ravenna2015.it

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    FER NON PROGRAMMABILI

    SISTEMI ENERGETICI PROGRAMMABILI

    RICHIESTA di ELETTRICITA’

    SISTEMI DI ACCUMULO ELETTRICO

    Perché un laboratorio di microgenerazione

    e accumulo di energia?

  • www.ravenna2015.it

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    Il Laboratorio di microreti di generazione e

    accumulo: progetti

    Sistemi di accumulo per la programmabilità delle fonti energetiche non programmabili

    PROGETTI (1): Studio comparativo tra i diversi sistemi di accumulo oggi commercialmente disponibili o in fase di sviluppo, con

    particolare riferimento ai sistemi elettrochimici e a quelli di accumulo ad idrogeno

    • Pumped Hydro Storage (PHS)

    • Compressed air energy storage (CAES)

    • Flywheel Energy Storage (FES)

    • Gravitational Potential Energy Storage (GPES)

    MECHANICAL

    storage

    • High and Low Temperature Batteries • Redox-flow batteries

    ELECTROCHEMICAL

    storage

    • Hydrogen - Fuel Cell (FC) • Power to Gas • Metal-Air

    CHEMICAL

    storage

    • Capacitors (C) and Supercapacitors (SC) • Superconducting Magnetic Energy Storage (SMES)

    ELECTRICAL

    Storage

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    Il Laboratorio di microreti di generazione e

    accumulo: progetti

    MATURITY

    C a p

    it a l

    R e q

    . p

    e r

    te ch

    . R

    is k

    Sistemi di accumulo per la programmabilità delle fonti energetiche non programmabili

    PROGETTI (1): Studio comparativo tra i diversi sistemi di accumulo oggi commercialmente disponibili o in fase di sviluppo, con

    particolare riferimento ai sistemi elettrochimici e a quelli di accumulo ad idrogeno

  • www.ravenna2015.it

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    Il Laboratorio di microreti di generazione e

    accumulo: progetti

    Sistemi di accumulo per la programmabilità delle fonti energetiche non programmabili

    PROGETTI (2): Progettazione di un prototipo di sistema integrato di generazione ed accumulo che preveda la presenza di una

    batteria elettrochimica, di un sistema ad idrogeno e di un microgeneratore a fonte rinnovabile

    F.E.R.

    A C

    B U

    S

    Ext. net

    Thermal Energy Sink

    PV - emulator Inverter

    Inverter

    Bidirectional converter

    Electric Energy Storage

    OLTC transf.

    Electric Load Emulator

    FC

    DC

    DC

    DC

    heat

    AC

    AC

    AC

    AC

    fuel

    High pressure

    H2 storage

    Electrical Power

    Thermal Power

    Fuel Power

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    Il Laboratorio di microreti di generazione e

    accumulo: progetti

    Sistemi di accumulo per la programmabilità delle fonti energetiche non programmabili

    PROGETTI (3): messa a punto di una metodologia di controllo dell’intero sistema ottimizzata nell’ottica di una massimizzazione

    dell’energia elettrica prodotta da fonte non-programmabile, in risposta ai carichi elettrici richiesti

    DC/DC Converter

    DC/AC Inverter

    PV Panells Electrical

    Network

    MRC

    Biomass Boiler

    Utility

    Electrolyzer H2 tank

    FC

    Batteris

    +-- Bidiretional Converter

    Boiler

    Thermal Storage

    Electrical Power

    Thermal Power

    Fuel Power

    Sviluppo di un software per la progettazione

    e per l’ottimizzazione energetico –

    economica al variare:

    - carichi dell’utenza;

    - scenario tariffario;

    - condizioni al contorno;

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    Il Laboratorio di microreti di generazione e

    accumulo: progetti

    Sistemi di accumulo per la programmabilità delle fonti energetiche non programmabili

    PROGETTI (3): messa a punto di una metodologia di controllo dell’intero sistema ottimizzata nell’ottica di una massimizzazione

    dell’energia elettrica prodotta da fonte non-programmabile, in risposta ai carichi elettrici richiesti

    DC/DC Converter

    DC/AC Inverter

    PV Panells Electrical

    Network

    Utility

    Electrolyzer H2 tank

    FC

    Batteris

    +-- Bidiretional Converter

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    0 1 2 3 4 5 6 7 8 N

    D D

    [ -]

    Battery Max Storable Energy [kWh]

    PV = 1 kWp

    2 kWp

    5 kWp

    4 kWp

    3 kWp

    CASE#1 0.00

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    0 2 4 6 8 10 12 14

    N D

    D [

    -]

    H2 tank Max Storable Energy [kWh]

    PV = 1 kWp2 kWp

    5 kWp

    4 kWp

    3 kWp

    CASE#2

    EEPR total produced electrical energy

    EESO produced electrical energy towards the network

    EEST produced electrical energy to the storage system

    EE’SC produced electrical energy to the utility

    EE’’SC produced electrical energy from the storage system to the utility

    EESC Total fraction of produced electrical energy consumed by utility EESC = EE ’ SC + EE

    ’’ SC

    EELO fraction of the stored electrical energy not used for the utility and/or lost due to the

    efficiency of the storage EEST = EE ’ LO + EE

    ’’ SC

    EEPU electrical energy from the network

    EEUT utility electrical energy demand EEU = EEPU + EE ’ SC + EE

    ’’ SC

    Electrical Generation

    System

    EESO

    EEPR EE’SC

    Electrical Storage System

    EEST

    Electrical UTILITY

    EEPU

    EE’’SC

    Electrical Network

    EELO

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    Il Laboratorio di microreti di generazione e

    accumulo: progetti

    Sistemi di accumulo per la programmabilità delle fonti energetiche non programmabili

    PROGETTI (3): messa a punto di una metodologia di controllo dell’intero sistema ottimizzata nell’ottica di una massimizzazione

    dell’energia elettrica prodotta da fonte non-programmabile, in risposta ai carichi elettrici richiesti

    SVILUPPO ALGORITMI GENETICI

    WIND

    PRIME MOVERS (PM)

    AUXILIARY BOILERS (AB)

    UTILITIES (U)

    ELECTRIC GRID

    NATURAL GAS

    ELECTRICAL ENERGY

    THERMAL ENERGY

    NATURAL GAS

    NETWORK

    SOLAR THERMAL (RGt)

    PV PANELS

    CH4

    + –

    EL STORAGE (ES)

    TH STORAGE (TS)

    ABS CHILLER (AC)

    COMP CHILLER (CC)

    COOLING ENERGY

    HEAT PUMP (HP)

    EL RENEWABLE

    GEN (RGe)

    Define PRIME MOVERSPRIME MOVERS LIBRARY

    Thermal and Cool