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Strategie di offerta per sistemi di accumulo elettrochimico per il servizio di bilanciamento

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Strategie di offerta per sistemi di accumulo elettrochimico per il servizio di bilanciamento

Per Sistemi d’Accumulo (SdA) elettrochimico stand-alone basati su batterie, si stima, sulla base di livello di prezzo storici di mercato, il possibile massimo profitto derivante dalla partecipazione al mercato del bilanciamento italiano per la fornitura di servizi di bilanciamento; si tiene conto anche del consumo di vita della batteria dovuto ai cicli effettuati. Per SdA in veicoli elettrici, si valuta l’impatto economico sulla bolletta dell’utente, anche in presenza di incentivi, di una semplice strategia di ricarica che comprende la suddetta partecipazione.

Il progressivo aumento della copertura della domanda con generazione da Fonti di Energia Rinnovabili Non Programmabili (FERNP) è stato accompagnato da un aumento delle criticità nel funzionamento del sistema elettrico. Sono quindi necessarie più risorse per fornire Servizi Ausiliari (SA), come quelli per il controllo della frequenza e della tensione. I Sistemi di Accumulo basati su batterie elettrochimiche (SdA), in particolare, potrebbero fornire servizi in modo molto flessibile, grazie ai loro tempi di risposta rapidi (inversione di potenza in poche centinaia di ms) e alla loro versatilità. Qui si analizza, in simulazione, l’eventuale redditività, per tali SdA, della fornitura di riserve per la regolazione terziaria di frequenza in Italia (si veda la Delibera n. 300/2017/R/EEL dell’Autorità di Regolazione per Energia Reti e Ambiente, attuale ARERA), in particolare sotto forma di servizi di bilanciamento offerti sul Mercato del Bilanciamento (MB), che è la fase in tempo reale del mercato per il servizio di dispacciamento. Vengono trattati due argomenti principali: la possibile offerta ottima, in termini di quantità, da parte di un SdA stand-alone dedicato al servizio di bilanciamento (Parte I), e la ricarica di Veicoli Elettrici (VE) effettuata, almeno in parte, fornendo il servizio di bilanciamento (Parte II).

Parte I – Ottimizzazione dell’offerta di servizi di bilanciamento da parte di un SdA stand-alone Le offerte sul MB, ciascuna composta da una quantità di energia (MWh) e da un prezzo unitario (€/MWh), sono formulate su base oraria ed accettate su base quartoraria; quelle accettate sono remunerate secondo un meccanismo di tipo pay-as-bid. Qui, per semplicità, i prezzi offerti, a salire e a scendere, sono costruiti a partire dai prezzi storici, a salire e a scendere rispettivamente, accettati sul MB; si assume inoltre che i prezzi offerti siano accettati o meno in base al loro confronto con i prezzi storici delle offerte accettate, a salire e a scendere rispettivamente. Per ottenere il massimo profitto dal servizio di bilanciamento in un anno, dati i prezzi offerti e la loro accettazione, si formula qui un problema di ottimizzazione ex post, per trovare la quantità di energia che avrebbe dovuto essere offerta in ogni ora di tale anno; in vista di una possibile evoluzione del mercato verso tempistiche di negoziazione più vicine al tempo reale, si effettua anche un’ottimizzazione al quarto d’ora (per trovare la quantità di energia che avrebbe dovuto essere offerta in ogni ¼ h di tale anno). Il massimo profitto può qui essere considerato il massimo ideale possibile, poiché calcolato assumendo una completa conoscenza dei prezzi accettati per tutto l’anno considerato. I vincoli nell’ottimizzazione riguardano i limiti dello Stato di Carica della batteria (State of Charge – SoC), tra lo stato “batteria vuota” e quello “batteria piena”, e il fatto che la carica e la scarica non possono essere eseguite insieme nello stesso quarto d’ora. Si valutano inoltre il tempo di ritorno dell’investimento nel SdA (PayBack Period – PBP) e la vita della batteria a fronte dell’invecchiamento dovuto ai cicli di carica scarica non standard effettuati per svolgere il servizio (si trascura la vita calendariale). Tali valori vengono confrontati con quelli ottenuti con una strategia di offerta euristica che è stata oggetto della scorsa annualità di Ricerca di Sistema.

Le simulazioni delle due strategie sono state eseguite per un SdA con caratteristiche di efficienza e di invecchiamento da ciclaggio compatibili con la tecnologia agli ioni di litio; si è fatto riferimento ai prezzi della zona di mercato Nord tra l’1 Agosto 2016 e il 31 luglio 2017. Complessivamente, la strategia euristica appare molto meno profittevole di quella ottima; tuttavia, ha buone prestazioni, come ci si può attendere, se si usano come prezzi di offerta quelli medi storici accettati in ogni quarto d’ora.

Parte II – Ricarica di VE combinata con fornitura di servizi di bilanciamento

Si propone una semplice strategia di ricarica di VE per valutare i possibili benefici economici derivanti dalla fornitura di servizi di bilanciamento attraverso la partecipazione al MB. Il meccanismo di ricarica di riferimento adottato per i confronti economici si basa sull’acquisto dell’intera energia per la ricarica sul Mercato del Giorno Prima (MGP), in questo caso al Prezzo Unico Nazionale (PUN). Effettuare la ricarica parzialmente o totalmente tramite scambi di energia comprati o venduti sul MB ha lo scopo di sfruttare, per quanto possibile, il fatto che, nella remunerazione delle offerte sul MB, i prezzi di vendita (per i servizi a salire) sono normalmente più alti dei prezzi di acquisto (per i servizi a scendere) e il fatto che questi ultimi sono normalmente inferiori ai prezzi MGP ed i primi superiori. Viene anche analizzato l’effetto della possibile introduzione di agevolazioni economiche per lo svolgimento del servizio. Inoltre, si esegue una valutazione semplificata della vita della batteria a fronte dei cicli effettuati, usando la stessa tecnica adottata nella Parte I, ossia una tecnica basata sulla combinazione del profilo temporale del SoC con una curva caratteristica che esprime il numero massimo di cicli a fine vita in funzione della profondità di scarica (Depth of Discharge – DoD).

I casi di studio simulati sono ottenuti considerando i) il luogo in cui avviene la ricarica (casa o azienda), che è anche legato alla distanza media giornaliera percorsa (meno o più km/giorno, rispettivamente) dall’auto elettrica considerata e quindi alla quantità di energia da ricaricare; ii) la direzione dei flussi di potenza (ricarica V1G o V2G; la ricarica V1G implica che l’energia possa essere assorbita dall’auto, tramite l’infrastruttura di ricarica, mentre nella di ricarica V2G l’energia può anche essere iniettata dall’auto, tramite l’infrastruttura di ricarica, in rete; iii) l’assenza o la presenza di un programma di ricarica, cioè di un profilo di assorbimento di potenza prestabilito in un intervallo di tempo predefinito del giorno (qui dalle 18:00 alle 21:00): in quest’ultimo caso, oltre alla remunerazione pay-as-bid per l’energia scambiata per il servizio, si assume che sia presente una remunerazione in capacità (30 k€/MW/anno), simile a quella attualmente prevista dal quadro regolatorio a seguito della Delibera n. 300/2017/R/EEL. Tra i principali risultati, si può osservare che i maggiori prezzi di vendita sul MB consentono una diminuzione della bolletta energetica del cliente rispetto alla ricarica di riferimento a prezzi MGP, purché gli scambi di energia siano sufficientemente piccoli (cioè in caso di ricarica domestica), perché altrimenti gli oneri, le accise e l’IVA annullano il guadagno proveniente dalla partecipazione al MB. L’introduzione di incentivi pubblici, qui assunti sotto forma di sconto in bolletta degli oneri di trasmissione e distribuzione e di sistema, è pertanto utile a rendere economicamente attraente la partecipazione al MB, sia in caso di ricarica domestica sia in caso di ricarica aziendale.

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