Ottimizzare le risorse energetiche distribuite: ecco il nostro metodo

L’Italia nel 2022 si trova ad affrontare la sfida del contributo sempre crescente delle fonti rinnovabili non-programmabili al paniere energetico nazionale nell’attuale processo di transizione energetica. Le comunità di energia rinnovabile (CER) e le unità virtuali abilitate miste (UVAM) sono una moderna riorganizzazione dei sistemi energetici locali che, integrando risorse energetiche distribuite di generazione, consumo e stoccaggio, possono svolgere un ruolo strategico e concreto per aiutare l’Italia e la stessa UE nel processo di transizione energetica.

In una CER o UVAM, gli impianti fotovoltaici montati sui tetti contribuiscono efficacemente al fabbisogno locale, i sistemi di accumulo a batterie, incluso le auto elettriche, massimizzano l’autoconsumo e gli elettrodomestici smart rendono la domanda di energia elettrica flessibile. Gli utenti possono, inoltre, condividere energia tra loro, instaurare un mercato interno ed applicare le più moderne tecnologie per la gestione delle transizioni economiche come blockchain e bitcoin. Gli utenti possono persino vendere servizi ai gestori delle reti elettriche.

L'importanza delle piattaforme cloud 

CER ed UVAM sono, dunque, una realtà tanto attraente quanto complessa, che al momento può essere opportunamente gestita solo tramite le cosiddette piattaforme cloud. Queste implementano di solito metodi ed algoritmi di ottimizzazione che sono stati progettati e sviluppati all'interno delle stesse aziende produttrici che, evidentemente, si guardano bene dal diffondere e condividere questa loro conoscenza. D’altro canto, la mancata condivisione dei metodi e degli algoritmi implementati rende impossibile valutarne la bontà ai fini della regolazione del funzionamento di CER ed UVAM.

La condivisione del modello

Noi abbiamo deciso di fare il contrario e condividere apertamente modelli ed algoritmi con la comunità scientifica internazionale. Da ciò è nato un articolo pubblicato dalla rivista IEEE Access che ha per titolo A Heuristic Method to Calculate the Capacity of Residential PV-BESS in Providing Upward Flexibility Services in Energy Communities. L’articolo, che può essere scaricato gratuitamente al seguente link, mostra il metodo euristico di Evolvere per calcolare la capacità di una aggregazione di prosumers, vedi UVAM, per fornire un servizio di bilanciamento al gestore della rete elettrica attraverso il caso di studio ^[1] di quattro utenti residenziali reali. 

Installazione di inverter, impianto Evolvere

I vantaggi del nostro metodo per calcolo e gestione servizi

I principali vantaggi del metodo e degli algoritmi proposti riferiscono alla semplicità di traduzione in codice software, anche in assenza di competenze specifiche e di strumenti computazionali di alto livello, alla sua applicabilità per problemi in real-time, e alla sua forte scalabilità. Pertanto, questa è una soluzione semplice e vantaggiosa, soprattutto per le piccole comunità energetiche che ambiscono ad accrescere i propri introiti, fornendo servizi a salire alla rete elettrica. Quest’ultima è oramai una “necessità” che è stata oggetto da parte di ARERA di una sperimentazione chiesta ai distributori di energia elettrica, che si applica anche agli accumuli elettrici non integrati negli impianti di generazione fotovoltaica.

La piattaforma per l’ottimizzazione dell’energia condivisa 

Oltre il calcolo e la gestione di servizi a salire, la nostra piattaforma ottimizza anche l’energia condivisa all’interno di un aggregato di utenti. A differenza di quelle attualmente diffuse che sono specifiche per le UVAM o per le CER/AUC, la nostra piattaforma è un sistema trasversale in cui sono integrate tutte le risorse distribuite, incluse quelle di generazione, stoccaggio, consumo, per la misura di energia elettrica e per il comando degli apparati e dei dispositivi degli utenti finali. In questo modo uno stesso operatore può governare una UVAM per fornire servizi all’operatore della rete elettrica e, contemporaneamente, può gestire una CER ^[2] per, ad esempio, massimizzare l’energia condivisa o minimizzare l’energia acquistata sul mercato esterno. 

Tale gestione può essere sviluppata se si affiancano opportune tecnologia di campo. Tra queste vi è l’home gateway Eugenio di Evolvere che acquisisce i dati di produzione, consumo ed accumulo di ogni singolo utente, e li trasferisce alla nostra piattaforma cloud. Qui tutte le informazioni sono messe a fattor comune, al fine di perseguire gli obiettivi e soddisfare le esigenze del singolo utente ma anche quelle dell’intera comunità.

 

(1) Il caso di studio riferisce a quattro utenti residenziali reali, muniti di impianto fotovoltaico sul tetto (3÷4kWp) e di un sistema di accumulo a batterie (3.2kW/2.2÷4.4kWh). L’home gateway Eugenio di Evolvere, installato in ciascuna abitazione, scambia dati con la piattaforma aggregatore di Evolvere; tra i dati vi sono l’energia immessa/prelevata dalla rete elettrica ogni 3 minuti, l’energia prodotta dall’impianto fotovoltaico, i valori di carica/scarica delle batterie. In questo scenario, si suppone che il gestore della rete elettrica necessiti con urgenza (ad esempio entro 5 minuti) di un servizio di bilanciamento a salire dalle 14 alle 15 pertanto “chiede” alla piattaforma di Evolvere la massima capacità di servizio per una ora dei quattro utenti. La piattaforma applica il metodo di calcolo proposto ed i corrispondenti algoritmi, e risponde prontamente al gestore. La risposta è duplice; infatti, la prima risposta è una capacità di servizio la cui ampiezza varia nell’intervallo di tempo dalle 14 alle 15 mentre la seconda è una capacità di servizio che si mantiene constante nello stesso intervallo. Il gestore ha facoltà di scegliere quale capacità acquistare tra le due proposte. Il metodo proposto da Evolvere si basa su un approccio distribuito che sfrutta principalmente la sovra generazione dell’impianto fotovoltaico e la carica delle batterie, evitando così che il servizio di bilanciamento interferisca con l’utilizzo dei carichi elettrici domestici.

(2)Per il caso specifico delle CER, l’energia condivisa è il minimo, ora per ora, tra l’energia immessa e prelevata dalla rete elettrica da tutti gli utenti della stessa CER. Sulla base dell’energia condivisa, il GSE eroga gli incentivi previsti per legge. In una CER ideale, quindi, l’energia immessa e prelevata, ora per ora, hanno lo stesso valore. Ed è proprio questa la condizione che si persegue sia in fase di progettazione che di gestione di una CER. In quest’ultimo caso, i metodi di ottimizzazione mitigano lo sbilanciamento tra energia immessa e prelevata, utilizzando la cosiddetta “intelligenza Cloud” per gestire una ampia moltitudine di dispositivi come gli inverter di impianti fotovoltaici abbinati a sistemi di accumulo a batterie, in un’ottica di sistema aggregato piuttosto che di singolo utente. Si tratta di una evoluzione e di un ampliamento dell’applicazione dell’intelligenza Cloud perché i sistemi ibridi fotovoltaico-batterie, inizialmente pensati per massimizzare esclusivamente l’autoconsumo individuale, sono ora un bene a servizio anche della domestici.