FEED‐IN‐TARIFF for integrated PV and batteries plant

Dipartimento di Ingegneria Meccanica, Energetica e Gestionale DIMEG
Università della Calabria
FEED‐IN‐TARIFF PER IMPIANTI
FOTOVOLTAICI CON BATTERIE
Ing. Alessandro Burgio
Gruppo universitario di ricerca in Sistemi Elettrici per l’Energia
dell’Università della Calabria
Resp. Prof. Daniele Menniti
1
Seminario di AEIT CATANIA dal titolo
L’ACCUMULO DELL’ENERGIA ELETTRICA E LE FONTI RINNOVABILI
NON PROGRAMMABILI
-
Catania, 29 OTTOBRE 2015

2
Nel 2011, il consumo di energia elettrica è circa 133MWh, il 29% era per
illuminazione interna, il restante 71% era per utenti elettrici “a spina”; le
misure sono state eseguite ad intervalli 15’ e coprono l’intero anno, i
valori di misura sono 35 040. La bolletta elettrica è circa € 18.560 (al
netto dell’IVA), la componente generazione + perdite è pari a € 11.830
(47% circa della bolletta).

3
Profilo (diagramma) di carico reale nel mese di febbraio 2011, si
riconosco i giorni di sabato e domenica, si riconoscono le ore notturne.
Alla analisi dei diagrammi di carico rappresentativi segue la
classificazione dell’utente/i e la eventuale aggregazione in classi e sotto
classi; detta classificazione è, infine, verificata sulla base dell’impiego di
opportuni indicatori di adeguatezza.

4
La costruzione dei diagrammi di carico rappresentativi è, usualmente, la
media dei diagrammi di carico di periodi analoghi; il diagramma può
essere normalizzato utilizzando la potenza media nel periodo in esame
oppure, meno conveniente, la potenza di picco raggiunta durante l'intero
periodo di osservazione oppure, più conveniente, la potenza di picco del
diagramma di carico rappresentativo. In tal modo, tutti i diagrammi di
carico rappresentativi sono definiti nell’intervallo di valori [0,1].

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Maggio 2011Febbraio 2011 Luglio 2011
Caratterizzare un utente: definire le caratteristiche di forma (shape
features) del diagramma di carico rappresentativo e altre caratteristiche
esterne (external features). Caratteristiche di forma sono a) i valori di
potenza normalizzati dello stesso diagramma (direct shape features) es.
il valore medio di 4 valori normalizzati ogni 15 minuti restituisce un un
vettore di 24 elementi oppure b) il valore massimo, minimo e medio della
potenza nel periodo T (indirect shape features).
Un fattore di forma è, ad esempio, il rapporto: P(AVE, day)/P(MAX, day)

6
Il giorno 5 luglio 2011 il consumo giornaliero è stato pari a 478kWh,
valore medio24 pari a 19,91kWh. Stante il profilo medio di irraggiamento
solare per lo specifico sito (PVGIS), un impianto fotovoltaico 73kWp
genera la stessa quantità di energia nelle 24h. Il valore massimo di
potenza dell’unità di generazione in eccesso rispetto alla domanda è
35kW.

7
«Dato un
esubero di
energia
prodotta
rispetto alla
domanda
locale di
energia, è
opportuna
una batteria»
Ma quale
batteria ?

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Stato di carica (SOC) di una batteria con corrente di carica pari alla
corrente di scarica. Valore di massima carica pari al 98%, di minima
scarica pari al 20%, round-trip efficiency 100%.

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Con riferimento ai corrispettivi (prezzi) della convenzione CONSIP
gara EE 2011 per utenze MT e al lordo delle perdite, incidenza
consumo (generazione e perdite) su bolletta pari a 43% circa.
Risparmio 41 euro circa. Se questo fosse vero per l’intero anno, il
risparmio annuale sarebbe 15mila euro circa. Siccome ciò non è
vero…. servirebbe un incentivo!

10
Siccome ciò non è vero…. servirebbe un incentivo!

11
Siccome ciò non è vero…. serve un incentivo!
Ma cosa incentivare? E come? E quanto?

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ESC = EPV - Ed EPV>Eload+ EBESS
Definiamo autoconsumo la differenza tra due misure cumulate ogni 15’

13
133MWh
Energia PV
Energia autocons
% di autocons
Energia annua al variare della potenza di picco; valori di
irraggiamento medi mensili PVGIS

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Energia annua al variare della potenza di picco; valori di
irraggiamento medi mensili PVGIS e valori reali
Energia PV
Energia autocons
% di autocons
133MWh

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Cosa incentivare: esclusivamente l’autoconsumo calcolato per brevi
intervalli temporali, es. 15’
Come incentivare: si riconosce una tariffa fissa per ogni kWh
autoprodotto ed autoconsumato
Quanto incentivare: ….
E’ stato creato un modello matematico rappresentativo di un utente
munito di unità di generazione RES (es. di tipo fotovoltaico) e di unità di
accumulo elettrochimico. I vincoli del modello definiscono come il
sistema elettrico dell’utente debba essere esercito ai fini della
incentivazione.

16
Modello matematico

17
I vincoli impongono che la batteria non possa né cedere né prelevare
energia dalla rete elettrica di distribuzione; solo l’energia dell’impianto
fotovoltaico può caricare le batterie. Un diverso uso della batteria può essere
negato oppure è esclusa la quota di energia non autoprodotta.

18
-
+
Valori della funzione obiettivo
Nel proseguo, ove non diversamente specificato, si farà riferimento ai
seguenti valori: costo unitario FV pari a 1800€/kWp.
al variare della potenza di picco e
dell’incentivo; nessuna batteria.

19
-
+
dell’incentivo; batteria 35kW-1h.
seguenti valori: costo unitario batteria pari a 800€/kWh.

20
-
+
dell’incentivo; batteria 35kW-2h.
seguenti valori: costo unitario batteria pari a 800€/kWh.

21
Una
batteria
35kW
35kWh
Due
batterie
35kW
70kWh

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Funzione obiettivo al variare dell’incentivo; FV 30kW, senza batterie, con
batterie 35kW-1h, 35 kW-2h
no batterie
1 batteria
2 batterie

23
Funzione obiettivo al variare dell’incentivo; FV 70kW, senza batterie, con
batterie 35kW-1h, 35 kW-2h
no batterie
1 batteria
2 batterie

24
no batterie
1 batteria
2 batterie
Funzione obiettivo al variare e dell’incentivo; FV 90kW, senza batterie,
con batterie 35kW-1h, 35 kW-2h

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Il modello matematico è adesso oggetto di ottimizzazione, il problema
determina congiuntamente i valori di potenza di picco dell’impianto
fotovoltaico (PV), capacità delle batterie (BES) per cui la funzione
obiettivo è massimizzata al minor valore di tariffa incentivante.
Min FIT t.c. Max
La soluzione ottima restituita dal problema di ottimizzazione è:
FIT=0,2c€/kWh, FV= 40kWp, BES=50kWh  FO=1.324€ (aut. 91,43%)
(è circa 8 mila euro nel caso di irraggiamento medio PVGIS)
Soluzioni ottime per FIT maggiori sono:
FIT=0,3c€/kWh, FV= 50kWp, BES= 50kWh  FO= 7.142€
FIT=0,4c€/kWh, FV= 50kWp, BES= 50kWh  FO=13.184€
FIT=0,5c€/kWh, FV= 50kWp, BES= 50kWh  FO=19.226€
FIT=0,6c€/kWh, FV= 60kWp, BES=100kWh  FO=26.216€

26
Considerazione 1
In presenza di un impianto fotovoltaico da 40kWP e di una batteria da
50kWh, l’utente riceve un incentivo annuale di € 10.671;
contestualmente egli spende € 9.324 per pagare la rata dell’impianto
fotovoltaico e spende € 5.180 per pagare la rata della batteria.

27
Considerazione 2
Uso delle batterie assai ridotto nei mesi freddi.
Un giorno tipico di
Febbraio Agosto

28
Considerazione 3
Il prezzo dell’energia elettrica varia; in F1 tale variazione è stata, forse,
troppo rilevante.
Gara 12
Gala SpA
2010 2011 2012 2013 2014 2015

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Considerazione 4
Il prezzo delle batterie non ha ancora trovato una definitiva stabilità.

30
Grazie !
Alessandro Burgio
alessandro.burgio@unical.it

31
115.2 kW, 48V, 2400Ah Pure Power XSP Lithium Pouch Battery Pack
EV LiFePO4 Solar Storage Pouch Cells http://www.electriccarpartscompany.com/

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