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Metodologie per la simulazione di sistemi multienergetici

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Metodologie per la simulazione di sistemi multienergetici

Il rapporto descrive il lavoro svolto nel corso del 2019 relativamente all’attività di sviluppo di strumenti per il supporto all’integrazione dei sistemi multi-energetici. Il risultato conseguito è la definizione di una metodologia, supportata da strumenti di simulazione e ottimizzazione, per la modellazione e l’analisi dei sistemi multi-energetici basata sul concetto di reticolo energetico orientati all’erogazione di servizi alla rete elettrica.

Il presente rapporto descrive il lavoro svolto nel corso del 2019 relativamente all’attività di sviluppo di strumenti per il supporto all’integrazione dei sistemi multi-energetici. Questa attività nel suo sviluppo triennale ha il compito di realizzare strumenti di supporto per le fasi di modellazione, di analisi e di applicazione. L’attività è correlata al progetto H2020 MAGNITUDE (n. 774309) della Comunità Europea. Il risultato principale del primo anno è costituito dalla definizione di una metodologia per la modellazione e l’analisi dei sistemi multi-energetici. La metodologia è basata sul concetto di reticolo energetico in cui il bilancio energetico è organizzato in grafi che descrivono l’interazione dei nodi, che rappresentano i servizi forniti all’esterno del sistema (ad esempio i servizi di dispacciamento del sistema elettrico), la domanda (ad esempio gli utenti del sistema multi-energetico), nella quota soddisfatta e in quella non soddisfatta, i sistemi di generazione, di carico, di accumulo e le perdite energetiche del processo produttivo. Ogni nodo è associato al piano relativo al vettore energetico in cui opera, a parte i nodi di trasformazione energetica che legano tra loro una coppia di nodi appartenenti a piani energetici diversi attraverso un fattore di conversione. I flussi di energia/potenza del sistema sono rappresentati dalle connessioni (frecce) che legano tra loro i vari nodi, in modo tale da ottenere un grafo delle attività e del processo di trasformazione energetica.
La metodologia così definita è dotata di strumenti operativi che comprendono un ambiente di simulazione dinamica e un ambiente di programmazione operazionale. La simulazione dinamica consiste nel riprodurre i comportamenti del sistema lungo un orizzonte temporale, assegnando i comandi ai dispositivi controllabili. In questo lavoro è stata sfruttata per validare la capacità di specifici sistemi multi-energetici di soddisfare i requisiti tecnici posti dai servizi di dispacciamento. Questo tipo di analisi è basata sulle macchine a stati finiti estese con il trattamento del tempo.
La programmazione operazionale supporta la gestione delle risorse energetiche, per il breve e il brevissimo termine. Essa si articola in una prima fase in cui sono definiti i comandi del sistema multi-energetico per soddisfare la domanda, e in una seconda fase in cui si cerca di sfruttare la flessibilità disponibile nel programma in esito alla prima fase per fornire servizi di dispacciamento. In entrambe le fasi l’analisi è condotta prendendo in considerazione i criteri economici di costo della produzione, remunerazione/costo della fornitura dei servizi e remunerazione della domanda. La gestione delle risorse energetiche è basata sulla programmazione matematica estesa con variabili miste intere. A titolo di esempi applicativi sono stati proposti il sistema di teleriscaldamento urbano di Milano e un tipico centro commerciale.

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