il laboratorio di microreti di generazione ed accumulo · sviluppo algoritmi genetici wind prime...
TRANSCRIPT
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
4
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
0 60 120
180
240
300
360
420
480
540
600
660
720
780
840
900
960
102
0
108
0
1140
1200
1260
1320
1380
144
0
0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0 1 0 0 0 1 2 0 0 1 4 0 0
3 0 0
4 0 0
5 0 0
6 0 0
7 0 0
8 0 0
9 0 0
100
200
300
400
500
600
700
65
70
75
80
85
90
95
100
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 2 2 23 24
FERNON PROGRAMMABILI
SISTEMI ENERGETICIPROGRAMMABILI
RICHIESTA di ELETTRICITA’
SISTEMI DI ACCUMULOELETTRICO
Perché un laboratorio di microgenerazione
e accumulo di energia?
www.ravenna2015.it
5
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
www.ravenna2015.it
6
Il Laboratorio di microreti di generazione e
accumulo: progetti
MATURITY
Cap
ital
Req
. p
er
tech
. R
isk
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
7
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.
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
www.ravenna2015.it
8
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/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;
www.ravenna2015.it
9
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/DCConverter
DC/ACInverter
PVPanells Electrical
Network
Utility
Electrolyzer H2 tank
FC
Batteris
+--Bidiretional Converter
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
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
0.30
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
www.ravenna2015.it
10
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
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
www.ravenna2015.it
11
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
0.80
0.85
0.90
0.95
1.00
1.05
1.10
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Ch
ang
e in
Co
st [
-]
hour/day
Full Load
Optimized
SVILUPPO ALGORITMI GENETICI
www.ravenna2015.it
12
Il Laboratorio di microreti di generazione e
accumulo: progetti
Sistemi di accumulo per la programmabilità delle fonti energetiche non programmabili
PROGETTI (4): Studio di una smart grid elettrica termica e del combustibile da fonte energetica rinnovabile
www.ravenna2015.it
13
Il Laboratorio di microreti di generazione e
accumulo: applicazioni industriali
Vantaggio economico
• In situazioni
«Stand-Alone»
• Settore Nautico
• Istituzioni
• Multiutilities
• Produttori (cogenerativi)
• Industria e
terziario
«energivoro»
• Applicazioni
domestiche
www.ravenna2015.it
14
Il Laboratorio di microreti di generazione e
accumulo
www.ravenna2015.it
15
Il Laboratorio di microreti di generazione e
accumulo
www.ravenna2015.it
16
Il Laboratorio di microreti di generazione e
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
@LabMicroreti
http://it.linkedin.com/in/LabMicroreti
http://ciri-
ealabmicroret.wix.com/
sistemi-macchine-ea