In a global context characterized by a rapid shift from an energy production based mainly on fossil fuels to the exploitation of renewable energy sources, interest in hybrid systems based on wind and PV plants has arisen, thanks to their benefits concerning cost reduction and improvement of the generation profile. Along with this increasing interest, a proper assessment of suitable sites for hybrid systems installation is necessary for the optimal utilization of renewable sources. In this thesis, to perform an assessment of co-located utility-scale PV-Wind hybrid plants in Spain, a map of suitability is created; to build it, an approach based on Geographic Information Systems (GIS), relying on Boolean and Fuzzy Logic, is employed using a GIS software. Then, a model for the evaluation of the profitability of a PV-Wind hybrid system is defined; this model is based on identifying the optimal capacity of a PV-Wind hybrid plant in a single site and on evaluating its Internal Rate of Return (IRR). Finally, a map of profitability in Spain for this type of system is created through the implementation of the model in a GIS software that allows to evaluate the IRR of every suitable site. The result is based on initial assumptions and on the values of the parameters employed in the model; this allows to perform a sensitivity analysis on the main parameters. The results indicate that 24% of the studied area in Spain is suitable for PV-Wind hybrid systems; in this suitable territory, the most profitable sites are located in northern regions such as Galicia and Aragon, and in some areas of Castile-Leon, Castile-La Mancha and Andalusia. Finally, the results of the sensitivity analysis show that, according to the implemented model, an increase in the electricity price set by a simple Power Purchase Agreement for the sale of energy corresponds to an increase in the IRR of the hybrid system that produces and sells the energy. At the same time, an increase in the evacuation capacity of the electrical grid connected to the plant leads to an increase in the hybrid system IRR and a reduction in the number of suitable sites.

In un contesto globale caratterizzato da un rapido cambiamento dalla produzione energetica basata principalmente sui combustibili fossili allo sfruttamento delle fonti di energia rinnovabile, è sorto un interesse per i sistemi ibridi basati su impianti eolici e fotovoltaici, grazie ai loro benefici riguardanti la riduzione dei costi e il miglioramento del profilo di generazione. Insieme a questo crescente interesse, è necessaria una valutazione adeguata dei siti idonei per l'installazione di sistemi ibridi in modo da permettere un utilizzo ottimale delle fonti rinnovabili. In questa tesi, per eseguire una valutazione dei siti idonei per impianti ibridi fotovoltaico-eolici di scala industriale co-localizzati in Spagna, viene creata una mappa di idoneità; per costruirla, viene impiegato un approccio basato su Geographical Information Systems che utilizza la Boolean Logic e la Fuzzy Logic grazie a un software GIS. Successivamente, viene definito un modello per la valutazione della redditività di un sistema ibrido fotovoltaico-eolico; questo modello si basa sull'identificazione della capacità ottimale di un impianto ibrido fotovoltaico-eolico in un singolo sito e sulla valutazione del suo Tasso Interno di Rendimento (TIR). Infine, viene creata una mappa di redditività in Spagna per questo tipo di sistema, attraverso l'implementazione del modello in un software GIS che consente di valutare l'IRR di ogni sito idoneo. Il risultato si basa su ipotesi iniziali e sui valori dei parametri impiegati nel modello; ciò consente di effettuare un'analisi di sensibilità sui principali parametri. I risultati indicano che il 24% dell'area studiata in Spagna è idonea per sistemi ibridi eolico-fotovoltaico; in questo territorio idoneo, i siti più redditizi sono situati nelle regioni settentrionali come la Galizia e l'Aragona, e in alcune aree di Castiglia e León, Castiglia-La Mancia e Andalusia. Infine, i risultati dell'analisi di sensibilità mostrano che, secondo il modello implementato, un aumento del prezzo dell'elettricità fissato da un semplice Power Purchase Agreement per la vendita di energia corrisponde a un aumento del TIR del sistema ibrido che produce e vende l'energia. Allo stesso tempo, un aumento della capacità di evacuazione della rete elettrica collegata all'impianto porta a un aumento del TIR del sistema ibrido e a una riduzione del numero di siti idonei.

Assessment of Utility-scale Hybrid Systems, based on Wind and PV plants, and mapping of potential installation sites in Spain

BORSATO, MICHAEL
2023/2024

Abstract

In a global context characterized by a rapid shift from an energy production based mainly on fossil fuels to the exploitation of renewable energy sources, interest in hybrid systems based on wind and PV plants has arisen, thanks to their benefits concerning cost reduction and improvement of the generation profile. Along with this increasing interest, a proper assessment of suitable sites for hybrid systems installation is necessary for the optimal utilization of renewable sources. In this thesis, to perform an assessment of co-located utility-scale PV-Wind hybrid plants in Spain, a map of suitability is created; to build it, an approach based on Geographic Information Systems (GIS), relying on Boolean and Fuzzy Logic, is employed using a GIS software. Then, a model for the evaluation of the profitability of a PV-Wind hybrid system is defined; this model is based on identifying the optimal capacity of a PV-Wind hybrid plant in a single site and on evaluating its Internal Rate of Return (IRR). Finally, a map of profitability in Spain for this type of system is created through the implementation of the model in a GIS software that allows to evaluate the IRR of every suitable site. The result is based on initial assumptions and on the values of the parameters employed in the model; this allows to perform a sensitivity analysis on the main parameters. The results indicate that 24% of the studied area in Spain is suitable for PV-Wind hybrid systems; in this suitable territory, the most profitable sites are located in northern regions such as Galicia and Aragon, and in some areas of Castile-Leon, Castile-La Mancha and Andalusia. Finally, the results of the sensitivity analysis show that, according to the implemented model, an increase in the electricity price set by a simple Power Purchase Agreement for the sale of energy corresponds to an increase in the IRR of the hybrid system that produces and sells the energy. At the same time, an increase in the evacuation capacity of the electrical grid connected to the plant leads to an increase in the hybrid system IRR and a reduction in the number of suitable sites.
2023
Assessment of Utility-scale Hybrid Systems, based on Wind and PV plants, and mapping of potential installation sites in Spain
In un contesto globale caratterizzato da un rapido cambiamento dalla produzione energetica basata principalmente sui combustibili fossili allo sfruttamento delle fonti di energia rinnovabile, è sorto un interesse per i sistemi ibridi basati su impianti eolici e fotovoltaici, grazie ai loro benefici riguardanti la riduzione dei costi e il miglioramento del profilo di generazione. Insieme a questo crescente interesse, è necessaria una valutazione adeguata dei siti idonei per l'installazione di sistemi ibridi in modo da permettere un utilizzo ottimale delle fonti rinnovabili. In questa tesi, per eseguire una valutazione dei siti idonei per impianti ibridi fotovoltaico-eolici di scala industriale co-localizzati in Spagna, viene creata una mappa di idoneità; per costruirla, viene impiegato un approccio basato su Geographical Information Systems che utilizza la Boolean Logic e la Fuzzy Logic grazie a un software GIS. Successivamente, viene definito un modello per la valutazione della redditività di un sistema ibrido fotovoltaico-eolico; questo modello si basa sull'identificazione della capacità ottimale di un impianto ibrido fotovoltaico-eolico in un singolo sito e sulla valutazione del suo Tasso Interno di Rendimento (TIR). Infine, viene creata una mappa di redditività in Spagna per questo tipo di sistema, attraverso l'implementazione del modello in un software GIS che consente di valutare l'IRR di ogni sito idoneo. Il risultato si basa su ipotesi iniziali e sui valori dei parametri impiegati nel modello; ciò consente di effettuare un'analisi di sensibilità sui principali parametri. I risultati indicano che il 24% dell'area studiata in Spagna è idonea per sistemi ibridi eolico-fotovoltaico; in questo territorio idoneo, i siti più redditizi sono situati nelle regioni settentrionali come la Galizia e l'Aragona, e in alcune aree di Castiglia e León, Castiglia-La Mancia e Andalusia. Infine, i risultati dell'analisi di sensibilità mostrano che, secondo il modello implementato, un aumento del prezzo dell'elettricità fissato da un semplice Power Purchase Agreement per la vendita di energia corrisponde a un aumento del TIR del sistema ibrido che produce e vende l'energia. Allo stesso tempo, un aumento della capacità di evacuazione della rete elettrica collegata all'impianto porta a un aumento del TIR del sistema ibrido e a una riduzione del numero di siti idonei.
Hybrid System
Mapping
PV-Wind
Assessment
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Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: https://hdl.handle.net/20.500.12608/66029