Accumulo energetico negli edifici come soluzione per l'uso efficiente delle fonti rinnovabili = Energy storage in buildings: a solution for renewable energy integration

Negli ultimi anni il riscaldamento globale sta attirando una notevole attenzione, in quanto la grande quantità di emissioni rilasciate da un’industria energetica basata sulla combustione di fonti fossili, sta causando i cambiamenti climatici. Per cui, la continua crescita dei consumi elettrici, combinata alla necessità di ridurre l’anidride carbonica in atmosfera, ha causato un’impennata della produzione da fonti rinnovabili. Tuttavia, l’elettricità generata da tali fonti, soprattutto per quanto riguarda il solare fotovoltaico e l’eolico, è strettamente vincolata dalle condizioni meteorologiche, rendendola intermittente nell’arco del giorno e imprevedibile nel medio-lungo termine. Questa loro proprietà costituisce un’importante sfida per il sistema elettrico, il quale non è molto capace di adattarsi e mostrare flessibilità. Quest’ultima però essere migliorata impiegando sistemi di accumulo dell’energia o gestendo la domanda in base alla disponibilità di energia. In questa tesi, è stata analizzata una soluzione per affrontare queste sfide, costituita dal Virtual Energy Storage (VES), il quale sfrutta lo spostamento nel tempo dei carichi elettrici di riscaldamento e raffrescamento per fornire flessibilità e stoccare energia nella struttura edile degli edifici, come se fossero un sistema di accumulo tradizionale dotato di grande capacità. Più precisamente, gli edifici usati come VES si mettono a disposizione per modificare i set point di temperatura interna in base al surplus di energia elettrica, generato dalle fonti rinnovabili presenti, in modo da massimizzarne l’uso. Per conseguire gli obiettivi prefissati, è stato considerato un sistema energetico costituito dall’insieme di più modelli costruiti in Matlab/Simulink, definito modello complessivo. In esso è presente una rete elettrica alla quale sono collegate le diverse unità di produzione da fonti rinnovabili, consumi flessibili e non. Per poter considerare la presenza del VES è stato richiesto anche l’inserimento di un modello di edificio nel sistema considerato. Due edifici di riferimento sono stati quindi costruiti tramite il software Termolog, il cui calcolo dinamico è basato sulla recente norma tecnica ISO 52016:2017. Poi, i risultati ottenuti sono stati utilizzati per la validazione di tre modelli semplificati e soltanto uno di loro è stato poi integrato nel sistema complessivo. Il caso studio è stato applicato a un’area urbana della città di Torino e per ricavare i dati da inserire in input al modello complessivo, si è fatto riferimento al software QGIS ed alla letteratura. In base ad essi sono stati definiti anche gli scenari da considerare nei calcoli, caratterizzati dalla variazione del numero di edifici aventi pompe di calore usati come VES e dalla variazione della potenza di fotovoltaico installata sui tetti di ogni edificio. Infine, noti i dati di input del modello e gli scenari da considerare, sono state svolte numerose simulazioni per ottenere i risultati ed analizzarli attraverso il confronto di alcuni Key Performance Indices (KPI). In questo modo è stato possibile fare delle comparazioni tra gli scenari considerati e definire gli effetti conseguenti all’uso del VES nell’area considerata.