The multifaceted topic of energy storage is widely and organically investigated by the group, with a focus on battery energy storage systems (BESS) and their applications. Energy storage systems will be a fundamental part of the power systems, playing a forefront role both for the renewable energy integration and the provision of ancillary services (e.g. frequency regulation) to the system. The activities carried out are multiple: from modelling of large-scale BESS (see the proposed experimental protocol in figure below) to developing the control strategy for domestic battery ESS exploitation (e.g. within the framework of inteGRIDy project), passing by the analysis of the relevant regulatory framework and its evolution.
Modellazione, pianificazione ed esercizio di sistemi di accumulo a batteria: la compatibilità con i mercati e gli impatti sul sistema elettrico
Il documento realizzato dal Gruppo di Sistemi Elettrici per l’Energia del Politecnico di Milano offre una visione d’insieme delle possibili attività utili alla pianificazione e gestione di sistemi di accumulo a batteria (Battery Energy Storage System o BESS) connessi alla rete. Il lavoro testimonia un impegno duraturo e su più fronti sul tema accumuli elettrochimici, considerati attori cardine del dispacciamento elettrico del presente e del futuro e tecnologia abilitante una maggior penetrazione di fonti rinnovabili.
Il carattere della pubblicazione è divulgativo, utile ai vari attori del sistema elettrico (operatori di mercato, gestori di rete, regolazione e policymaking) per la definizione di linee di attività a tema accumulo e per una panoramica di risultati di casi studio di interesse. All’interno del report, sono inoltre disponibili link a pubblicazioni scientifiche che meglio descrivono i temi qui proposti in breve.
Nella pubblicazione del report, gli autori tengono a indirizzare un ricordo particolare allo scambio culturale e all’amicizia verso l’ing. Marco Pigni, che a lungo è stata una figura proattiva in progetti e riflessioni con il gruppo di ricerca di Politecnico di Milano, base di ispirazione del lavoro sviluppato in questi anni.
La struttura del report, dopo un’introduzione, è la seguente.
• Il capitolo 2 presenta una panoramica sulla modellazione matematica di BESS.
• Il capitolo 3 presenta note metodologiche per l’inserimento del modello BESS in strumenti adatti alla simulazione tecnico-economica, all’ottimizzazione, all’analisi del sistema elettrico.
• Il capitolo 4 riporta i principali risultati di alcuni casi studio di interesse, evidenziando il ruolo dell’accurata modellazione BESS nei vari contesti.
• Il capitolo 5 presenta un approfondimento sull’uso del modello BESS ai fini di fornire indicazioni regolatorie per il ridisegno del Mercato per il Servizio di Dispacciamento.
• Il capitolo 6 riassume conclusioni e spunti regolatori.
Il documento è disponibile qui
MSc Thesis
Giuliano Rancilio
PhD Thesis
Thesis title: ABATE THE BARRIERS: OPENING ELECTRICITY MARKETS TO STORAGE AND RES
The presented Thesis work considers the electricity markets in the presence of Battery Energy Storage Systems (BESS), Renewable Energy Sources (RES) and Distributed Energy Resources (DERs). It aims to provide a panoramic view of the possible regulatory evolutions of electricity markets, with particular focus on the Ancillary Services Markets (ASMs).
Marta Conti Nibali
Thesis Title: Modellazione di Sistemi di Accumulo a Batteria ai fini della fornitura di Servizi Ancillari innovativi
This study addresses the analysis of multiple services provision considering Fast Reserve and participation to balancing markets on a large-scale BESS. An experimental campaign on BESS to improve the modelling of auxiliary systems demand is included.
Martino Alborghetti, Claudio Di Profio
Thesis title: BESS Energy Management Strategies for Multiple Ancillary Services Provision
Verify the ability of a Battery Energy Storage System in providing Ancillary Services to the electrical grid. Primary Control Reserve and Secondary Control Reserve provision are investigated.
Matteo Spiller
Thesis Title: Aging & MILP modelling for BESS
This study considers the topic of battery aging, with the development of a literature-based model for aging of Lithium NMC batteries. In addition, a MILP model of the BESS for the optimization of its management is developed and tested against a digital twin to assess accuracy and computational effort.
Helen Córdoba
Thesis title: Effective Management of Aggregated Energy Storage Systems at Domestic Level for Self-Consumption and Frequency Regulation
This study addresses the issue of increasing the flexibility resources of the Italian electric power system through the participation of the demand in the market, focusing on the analysis at a domestic level.
Giuliano Rancilio
Thesis title: Effective Management of Aggregated Energy Storage Systems at Domestic Level for Self-Consumption and Frequency Regulation
Simulation of the behavior of a Battery Energy Storage System providing grid services in the context of an Ancillary Services Market . Multiple services are modeled in Simulink on a 30-days period using an electric and an empirical Li-ion battery model.
References:
Rancilio, G., Bovera, F., Merlo, M. Revenue Stacking for BESS: Fast Frequency Regulation and Balancing Market Participation in Italy, International Transactions on Electrical Energy Systems, 2022, 2022, 1894003 https://doi.org/10.1155/2022/1894003
Rancilio, G., Rossi, A., Falabretti, D., Galliani, A., Merlo, M., Ancillary services markets in europe: Evolution and regulatory trade-offs, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2022, 154, 111850 https://doi.org/10.1016/j.rser.2021.111850
Rancilio, G., Merlo, M., Lucas, A., Kotsakis, E., Delfanti, M., BESS modeling: Investigating the role of auxiliary system consumption in efficiency derating, 2020 International Symposium on Power Electronics, Electrical Drives, Automation and Motion, SPEEDAM 2020, 2020, pp. 189–194, 9161875 DOI: 10.1109/SPEEDAM48782.2020.9161875
Rancilio, G.; Lucas, A.; Kotsakis, E.; Fulli, G.; Merlo, M.; Delfanti, M.; Masera, M. Modeling a Large-Scale Battery Energy Storage System for Power Grid Application Analysis. Energies 2019, 12, 3312. https://doi.org/10.3390/en12173312
G. Rancilio, M. Merlo, A. Lucas, E. Kotsakis and M. Delfanti, “BESS modeling: investigating the role of auxiliary system consumption in efficiency derating,” 2020 International Symposium on Power Electronics, Electrical Drives, Automation and Motion (SPEEDAM), Sorrento, Italy, 2020, pp. 189-194, https://doi.org/10.1109/SPEEDAM48782.2020.9161875
Rancilio, G.; Rossi, A.; Di Profio, C.; Alborghetti, M.; Galliani, A.; Merlo, M. Grid-Scale BESS for Ancillary Services Provision: SoC Restoration Strategies. Appl. Sci. 2020, 10, 4121. https://doi.org/10.3390/app10124121