Utilizing Battery Energy Storage Systems in a Distribution Network
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Sähkötekniikan korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2019-10-21
Department
Major/Subject
Sustainable Energy Systems and Markets
Mcode
ELEC3048
Degree programme
Master's Programme in Advanced Energy Solutions
Language
en
Pages
73 + 1
Series
Abstract
Increasing share of distributed and intermittent renewable energy sources (RES) in power production creates challenges for distribution networks. Distribution networks need to be developed in a direction that allows the integration of intermittent and distributed generation feasibly. Battery energy storage systems (BESS) offer a promising possibility to deviate the negative effects of the energy transition and they can play an important role in future power systems. The applicability of the utilization of BESS within power systems has risen as a consequence of decreasing prices and increasing lifetime of battery technologies. The favourable development of the battery technologies and prices has made BESS a realistic option to support the distribution of electricity. The aim of this thesis is to determine how a BESS can be utilized in a distribution network most efficiently. The study is carried out in the Nivos Energia Oy (NEOY) network and the focus of the study is to determine the optimal location and functionality of the BESS for the needs of NEOY. First, theoretical background about the electricity markets in Finland and the characteristics of BESS is presented. Then, the NEOY network is examined and the applicability of a BESS in this network is assessed. In the empirical research, suitable applications and locations of the BESS are determined and then simulations are run to evaluate the performance of the BESS in different locations with different applications. Finally, economic approximations about the profitability of the BESS are carried out by calculating net present values (NPV) for the potential investments in BESS. The technical results show that it is technically possible to utilize a BESS unit for peak-shaving, back-up power and frequency regulation with feasible power and energy capacities in the NEOY network. Peak-shaving may defer investments in distribution transformers that are or may become overloaded. Utilizing the BESS for back-up power will mitigate outage costs. However, utilizing the BESS for these applications individually is not economically profitable currently. The economical results indicate that an investment in a BESS can be economically profitable if it is used for multiple objectives simultaneously with the primary application being replacing an investment in a reserve connection. Investments in reserve connections are typically very high, and an investment in BESS can be competitive. Here, the BESS is used for providing back-up power during outages for the entire branch where the BESS is located. The other applications for the BESS can be peak-shaving, storing renewable energy and participating in the reserve market.Uusiutuvien energianlähteiden osuuden kasvu energiantuotannossa tuottaa haasteita jakeluverkoille. Jakeluverkkoja tulee kehittää suuntaan, joka mahdollistaa uusiutuvan energiantuotannon integroimisen sähköjärjestelmään. Akkuvarastointi tarjoaa lupaavan mahdollisuuden energiamurroksen aiheuttamien negatiivisten vaikutusten lievittämiseen. Teknologian ja hintojen suotuisa kehitys on tehnyt akkuvarastoinnista realistisen vaihtoehdon sähkönjakelun tueksi. Tämän työn tarkoituksena on määritellä, kuinka akkuvarastointia voidaan hyödyntää jakeluverkoissa mahdollisimman tehokkaasti. Tutkimus on tehty Nivos Energia Oy:n (NEOY) verkosta kerätyn datan pohjalta ja se keskittyy määrittelemään optimaalisen sijainnin ja toimintamallin akkuvarastolle Nivoksen jakeluverkossa. Teoreettisessa osuudessa esitellään Suomen sähkömarkkinoita ja akkuvarastoiden ominaisuuksia. Tämän jälkeen NEOY:n verkon tekniset ominaisuudet esitellään ja akkuvarastoinnin soveltuvuutta NEOY:n verkossa arvioidaan. Empiirisessä tutkimuksessa pyritään määrittelemään sopivia sijainteja akkuvarastolle, sen toimintaa simuloidaan eri sijainneissa ja eri käyttötarkoituksilla. Lopuksi taloudellisia arvioita akkuvarastointi-investoinnin kannattavuudesta toteutetaan laskemalla mahdollisille investoinneille nettonykyarvot. Teknisten laskujen ja simulointien tulokset osoittavat, että akkuvarastoinnin hyödyntäminen tehohuippujen leikkaamiseen, varasyötön tarjoamiseen ja taajuudensäätöön on teknisesti mahdollista Nivoksen verkossa. Tehohuippujen leikkaaminen voi viivästyttää investointeja jakelumuuntajiin, jotka ovat tai voivat kehittyä ylikuormittuneiksi. Varasyötön tarjoaminen vähentää KAH-kustannuksia. Akkuvarastoinnin hyödyntäminen yksilöllisesti näihin tarkoituksiin ei kuitenkaan ole taloudellisesti kannattavaa, sillä näistä syntyneet säästöt eivät vastaa akkuvaraston investointikustannuksia tällä hetkellä. Taloudelliset laskelmat osoittavat, että investointi akkuvarastointiin voi olla taloudellisesti kannattavaa, jos akkuvarastointia hyödynnetään samanaikaisesti useampaan tarkoitukseen, joista yksi on rengassyötön investoinnin korvaaminen. Investoinnit rengassyöttöihin ovat kalliita ja akkuvarastointi voi olla kilpailukykyinen. Akkuvarastointia hyödynnetään varasyötön tarjoamiseen keskeytysten aikana. Tämän lisäksi akulla voidaan leikata tehohuippuja, varastoida uusiutuvaa energiaa ja osallistua reservimarkkinoille.Description
Supervisor
Lehtonen, MattiThesis advisor
Hynynen, HeikkiKeywords
battery, energy storage, distribution network, electricity distribution