GRID-CONNECTED OPERATION OF A HYBRID MICROGRID. Design, operation, and control of a Wind-Solar-Hydrogen Energy System.

Negli ultimi anni, sono stati introdotti numerosi progetti di ricerca e sviluppo (R&D) aventi come tema principale la produzione di energia da fonti rinnovabili. Questo ha causato un aumento della penetrazione di potenza generata dalle fonti di energia rinnovabile (RES) nella rete. Nei sistemi elettrici, una microrete (uG) accoppiata con RES può portare a significativi vantaggi economici ed ambientali. Tuttavia, è necessario compensare tutti i problemi causasti dalla natura intermittente delle RES. I principali problemi di queste microreti sono causati dallo sbilanciamento non prevedibile della potenza generata dalle RES (conseguenza delle condizioni meteorologiche), ma anche dalla variabilità del consumo di energia. Questa tesi studia una microrete ibrida (HuG) con generazione distribuita ed un sistema d'immagazzinamento d'energia. Viene proposta anche una strategia di controllo. La presente HuG è costituita da tre unità di generazione distribuita (DGU), ovvero: (i) un impianto fotovoltaico, (ii) una turbina eolica e (iii) un impianto di celle a combustibile PEM. È presente inoltre un elettrolizzatore alcalino per la produzione dell'idrogeno ed un serbatoio usasto come un sistema d'immagazzinamento d'energia. Gli obiettivi principali di questo elaborato sono due: (i) proporre un modello dinamico per ciascun componente della HuG e (ii) fornire una strategia per ridurre l'assorbimento della potenza dalla rete quando le condizioni meteorologiche lo permettono. L'impianto fotovoltaico presentato può funzionare seguendo il suo punto di massima potenza (MPP), mentre la turbina eolica opera tra le sue velocità di taglio (cut-on e cut-off). Entrambi i sistemi possono essere disconnessi dalla rete in periodi di vento debole e di radiazione solare bassa. Quando la potenza fornita dalle DGU è maggiore della somma dei carichi (potenza del carico più elettrolizzatore), è possibile caricare il sistema di accumulo (serbatoio di idrogeno) oppure di scambiare energia con la rete. Allo stesso modo, durante condizioni ambientali sfavorevoli, la domanda potrebbe essere soddisfatta dall'energia prodotta dalle celle a combustibile, riducendo l'assorbimento della rete. È dimostrata correttezza del modello dell'elettrolizzatore e della cella a combustibile PEM. Per convalidare i modelli sono stati utilizzati i dati misurati di un sistema ad idrogeno ricavati da un lavoro precedente. Per il sistema d’accumulo di idrogeno, lo stato di carica viene regolato attraverso uno schema adattivo. Inoltre, è implementato il controllo di supervisione della potenza per ridurre lo scambio di potenza dalla rete e migliorare la stabilità del sistema. Infine, sono presentati tre casi di studio. Essi prendono in considerazione diversi profili di carico misurati in un periodo estivo della durata di due giorni in una cabina secondaria del Politecnico di Torino. Essi presentano carichi statici e variabili, allo scopo di richiedere le massime prestazioni del sistema. I risultati dimostrano i vantaggi dell'implementazione di un sistema integrato con idrogeno come mezzo per immagazzinare energia prodotta da sistemi eolici e solari, al fine di ridurre la potenza assorbita dalla rete.