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

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Il Laboratorio di Microreti di

Generazione ed Accumulo

Francesco Melino

CIRI Energia ed Ambiente

UO Bioenergie

Alma Mater Studiorum –

università di Bologna

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Perché un laboratorio di microgenerazione

e accumulo di energia?

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ANNO 2008

Incremento della produzione eolica e

solare dal 2008 al 2013

+ 605 %

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• 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)

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4

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500

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FERNON PROGRAMMABILI

SISTEMI ENERGETICIPROGRAMMABILI

RICHIESTA di ELETTRICITA’

SISTEMI DI ACCUMULOELETTRICO



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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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accumulo: progetti

MATURITY

Cap

ital

Req

. p

er

tech

. R

isk


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

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accumulo: progetti


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.

AC

BU

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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accumulo: progetti


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/DCConverter

DC/ACInverter

PVPanells Electrical

Network

MRC

BiomassBoiler

Utility

Electrolyzer H2 tank

FC

Batteris

+--Bidiretional Converter

Boiler

ThermalStorage

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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accumulo: progetti




DC/DCConverter

DC/ACInverter

PVPanells Electrical

Network

Utility

Electrolyzer H2 tank

FC

Batteris

+--Bidiretional Converter

0.00

0.10

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0.30

0.40

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0.70

0 1 2 3 4 5 6 7 8N

DD

[-]

Battery Max Storable Energy [kWh]

PV = 1 kWp

2 kWp

5 kWp

4 kWp

3 kWp

CASE#10.00

0.10

0.20

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0.40

0.50

0.60

0.70

0 2 4 6 8 10 12 14

ND

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

ElectricalGeneration

System

EESO

EEPR EE’SC

ElectricalStorageSystem

EEST

ElectricalUTILITY

EEPU

EE’’SC

Electrical Network

EELO

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accumulo: progetti




SVILUPPO ALGORITMI GENETICI

WIND

PRIMEMOVERS (PM)

AUXILIARYBOILERS (AB)

UTILITIES (U)

ELECTRICGRID

NATURAL GAS

ELECTRICAL ENERGY

THERMAL ENERGY

NATURAL GAS

NETWORK

SOLARTHERMAL (RGt)

PVPANELS

CH4

+ –

ELSTORAGE (ES)

THSTORAGE (TS)

ABSCHILLER (AC)

COMPCHILLER (CC)

COOLING ENERGY

HEAT PUMP (HP)

EL RENEWABLE

GEN (RGe)

Define PRIME MOVERSPRIME MOVERS LIBRARY

Thermal and Cooling generators

Parameters

Creation of the 1st generation

Objective Function

Fitness Function Rank

Selection

Creation of the ith generation

Objective Function

Fitness Function Rank

|FFR#1(i-1) - FFR#1(i) |< TOLL

FFR#1(i)

Non Programmable Renewable Systems

Utilities Load

Energy Systems Optimal Load

Energy Production total Cost (minimum)

GE

NE

TIC

AL

GO

RIT

HM

INPUT

OUTPUT

Tariff Scenario

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accumulo: progetti




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Ch

ang

e in

Co

st [

-]

hour/day

Full Load

Optimized

SVILUPPO ALGORITMI GENETICI

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accumulo: progetti


PROGETTI (4): Studio di una smart grid elettrica termica e del combustibile da fonte energetica rinnovabile

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accumulo: applicazioni industriali

Vantaggio economico

• In situazioni

«Stand-Alone»

• Settore Nautico

• Istituzioni

• Multiutilities

• Produttori (cogenerativi)

• Industria e

terziario

«energivoro»

• Applicazioni

domestiche

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accumulo

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accumulo

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accumulo: contatti

Ing. Francesco Melino

Responsabile Laboratorio Microreti di Generazione ed Accumulo

CIRI Energia ed Ambiente

Alma Mater Studiorum Università di Bologna

Viale del Risorgimento, 2 - 40136 Bologna

e-mail: [email protected]

studio: +39 051 209 33 18

contact us: [email protected]

+ 39 0544 93 73 11

follow us: www.facebook.com/LabMicroreti

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ealabmicroret.wix.com/

sistemi-macchine-ea

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