Double-Conversion Uninterruptible Power Supplies as Energy Storages in the Low-Voltage Grid

No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Sähkötekniikan korkeakoulu | Master's thesis
Ask about the availability of the thesis by sending email to the Aalto University Learning Centre oppimiskeskus@aalto.fi
Date
2016-02-15
Department
Major/Subject
Elektroniikka ja sovellukset
Mcode
S3007
Degree programme
EST - Elektroniikka ja sähkötekniikka (TS2005)
Language
en
Pages
12 + 93
Series
Abstract
Double-conversion UPSs represent a possible under-utilized resource, which could be dual-purposed for energy storage applications which commonly consider only purpose-built ESSs. Dual-purposing is analyzed for two case studies: Deferral of underground distribution cable upgrades and data center participation in Finnish frequency containment reserves to determine if either application is attractive enough to warrant UPS development. To determine application attractiveness, annual life-cycle net benefit from dual purposing is simulated for the double-conversion UPS and single-purposed ESS. Relative performance is determined by comparing application life-cycle costs, market size is estimated for both applications. Technical requirements of the application and possible UPS development efforts are examined on a high level. Underground cable replacement and other applications where the distribution system operator owns the UPS are found not to be attractive due to low benefit from deferral and several conditions which must be met before the UPS is competitive with the storage inverter. On the other hand, dual-purposing for frequency containment reserves is interesting with both existing and new UPSs as several scenarios are found profitable, the UPS compares favorably to the storage inverter, a market exists beyond initial pilots and participation is possible regardless of UPS location. The main uncertainties are willingness of data center operators to allow use of UPSs for dual-purposing and decreasing profitability due to saturation of the most profitable but relatively small hourly markets.

Dubbelkonverterande UPS:er utgör en potentiellt outnyttjad resurs i sekundära tillämpningar inom energilagring, vilka typiskt endast betraktar specialbyggda energilagringssystem. Detta arbete undersöker två olika sekundära tillämpningar inom energilagring för dubbelkonverterande UPS:er för att bestämma ifall fortsatta utvecklingsinsatser är rättfärdigade. Följande tillämpningar undersöks: uppskov av kabelbyte för underjordisk eldistribution samt deltagande av datacentraler i Finlands frekvensstyrda primärreglering. Tillämpningarnas attraktivitet utvärderas genom simulerade livscykelkostnader. Kostnaderna beräknas både för den dubbelkonverterande UPS:en som betjänar två syften och för ett energiförrådssystem konstruerat enbart för den sekundära tillämpningen. Relativ prestanda jämförs utgående från livscykelkostnaderna. Marknadsstorleken uppskattas för båda tillämpningarna, och dessutom undersöks de tekniska kraven på ett allmänt plan. Studien visar att både uppskov av kabelbyte och liknande tillämpningar där nätinnehavaren äger UPS-apparaten är ointressanta. De bidragande faktorerna inkluderar både det låga värdet av ett uppskov och det flertal villkor som behöver uppfyllas för att UPS:en ska bli konkurrenskraftig med energilagringssystemet. Deltagandet i frekvensstyrd primärreglering är emellertid intressant både för befintliga och nya UPS:er. Flera scenarier visar sig vara lönsamma: UPS:en presterar berömligt i jämförelse med energilagringssystemet, marknaden är tillräckligt stor, och ett deltagande är möjligt oavsett läget av UPS:en. De huvudsakliga osäkerhetsfaktorerna inom tillämpning av UPS:er i primärreglering är marknadens framtida lönsamhet samt datacentralsoperatörernas villighet att tillåta användning av UPS:er för sekundära syften.
Description
Supervisor
Ovaska, Seppo
Thesis advisor
Kuuluvainen, Juha
Bäckström, Filip
Keywords
UPS, dual-purposing, energy storage, peak shaving, frequency containment reserve
Other note
Citation