• optimization VRFB MILP

L’elaborato ha lo scopo di analizzare le prestazioni delle batterie redox a flusso di vanadio (VRFB) e di ottimizzarne la gestione al fine di massimizzare il ricavo economico associato al loro impiego. Si elabora un modello di ottimizzazione lineare (MILP) con integrazione delle caratteristiche di efficienza della batteria, la quale varia in funzione della potenza di carica e scarica e del livello di carica. Vengono inoltre utilizzati algoritmi per la previsione della degradazione dell’elettrolita e viene valutato l'impatto economico delle strategie di ripristino della capacità, necessarie al fine di garantire una lunga vita del sistema di accumulo, pari a 20 anni.
La gestione della batteria è oggetto di ottimizzazione per due casi studio, uno in cui il sistema di accumulo viene accoppiato ad un impianto di produzione di energia rinnovabile non programmabile, e un secondo in cui il sistema di accumulo è inserito nell'impianto di produzione di una comunità energetica rinnovabile. Viene eseguita inoltre una analisi di sensibilità sulla taglia ottimale del sistema di accumulo per entrambi i casi studio.
Vengono infine confrontati gli effetti economici di una trattazione complessa sulla gestione della batteria, rispetto a trattazioni più semplificate, che non tengono conto della degradazione di capacità e della perdita di performance ai carichi parziali.

This work aims to describe the characteristics of vanadium redox flow batteries (VRFB) and to optimize the battery management using a linear program (MILP) in order to maximize the revenue associated with energy storage and load shifting. The optimization model uses non-linear functions of the battery efficiency, which take into account its dependence on charge and discharge powers and state of charge. Furthermore, the model predicts the electrolyte degradation and the economic impact of capacity rebalancing, necessary to guarantee longer life for the vanadium battery, whose duration is assumed to be of 20 years.
The optimization model is used to predict the management of the vanadium storage in two different case studies, the first where the battery is paired up with a renewable energy power plant for energy arbitrage purposes and the second where the battery is instead paired up with a renewable energy community. In the framework of both studies, a sensitivity analysis of the battery defines the best size for each application.
Lastly, the economic results for the proposed optimization model are compared to the results obtained with simpler models, which do not take into account the electrolyte degradation effects and the performance reduction at different powers and states of charge.