Analisi tecnico-economica di sistemi di accumulo elettrochimico (BESS) per applicazioni Utility Scale e Commercial & Industrial

This thesis analyzes electrochemical Battery Energy Storage Systems (BESS), with reference to Commercial & Industrial (C&I) and Utility Scale applications. After framing the technology (architecture, electrochemical chemistries, performance parameters) and mapping the usage modes and economic valorization channels accessible to a BESS, the work develops a proprietary techno-economic sizing tool for C&I applications, born from an internal need of Esapro, an EPC company in the photovoltaic and storage sector, to reduce dependence on specialized external consulting. The tool, based on a mixed-integer linear programming optimization engine with a rolling horizon, was validated against an independent external reference on two real case studies, with consumption profiles and PV-to-demand ratios that differ substantially from one another, obtaining a discrepancy in economic benefit within 2.5% in one case and a residual deviation entirely attributable to a scope difference in the other. The model was then projected over a 20-year horizon, with daily updating of the battery's state of health as a function of the cycles actually accumulated, and applied to an economic comparison (NPV, IRR, payback time) across a grid of candidate sizes, under two scenarios: with and without access to a flexibility service remunerated by Terna (interrompibilità, i.e., the Italian TSO's interruptibility service). The main methodological result is that the economically optimal size is not unique but depends on the scenario considered: without the interruptibility service, a genuine interior optimum exists for each site, of contained size; with the interruptibility service, the largest available size within grid limits is systematically the most convenient, since the regulated premium grows faster than the additional investment cost. Given the uncertainty surrounding the outcome of this second scenario, the thesis ultimately proposes a practical reading oriented toward the robustness of the design choice, rather than the point optimum, useful as a reference for sizing future C&I clients of Esapro.

La presente tesi analizza i sistemi di accumulo elettrochimico a batteria (Battery Energy Storage System, BESS), con riferimento alle applicazioni Commercial & Industrial (C&I) e Utility Scale. Dopo un inquadramento della tecnologia (architettura, chimiche elettrochimiche, parametri prestazionali) e una mappatura delle modalità di impiego e dei canali di valorizzazione economica accessibili a un BESS, il lavoro sviluppa uno strumento proprietario di dimensionamento tecnico-economico per applicazioni C&I, nato da un'esigenza interna di Esapro, azienda EPC del settore fotovoltaico e dell'accumulo, di ridurre la dipendenza da consulenze esterne specialistiche. Lo strumento, basato su un motore di ottimizzazione a programmazione lineare mista intera con orizzonte mobile, è stato validato contro un riferimento esterno indipendente su due casi studio reali, con profili di consumo e rapporto tra produzione fotovoltaica e fabbisogno sensibilmente diversi tra loro, ottenendo uno scarto sul beneficio economico entro il 2,5% in un caso e uno scostamento residuo interamente riconducibile a una differenza di perimetro nell'altro. Il modello è stato quindi proiettato su un orizzonte di 20 anni, con aggiornamento giornaliero dello stato di salute della batteria in funzione dei cicli realmente accumulati, e applicato a un confronto economico (VAN, TIR, tempo di ritorno) su una griglia di taglie candidate, in due scenari: con e senza accesso a un servizio di flessibilità remunerato da Terna (interrompibilità). Il risultato metodologico principale è che la taglia economicamente ottima non è unica, ma dipende dallo scenario considerato: senza interrompibilità esiste un vero ottimo interno per ciascun sito, di taglia contenuta; con interrompibilità conviene sistematicamente la taglia più grande disponibile entro i limiti di rete, poiché il premio regolato cresce più rapidamente del costo aggiuntivo dell'investimento. Data l'incertezza sull'esito di questo secondo scenario, la tesi propone infine una lettura pratica orientata alla robustezza della scelta progettuale, più che all'ottimo puntuale, utile come riferimento per il dimensionamento di futuri clienti C&I di Esapro.