Value of Battery Energy Storage at Ancillary Service Markets

Loading...
Thumbnail Image
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Sähkötekniikan korkeakoulu | Master's thesis
Date
2015-05-11
Department
Major/Subject
Sähköjärjestelmät
Mcode
S3015
Degree programme
EST - Elektroniikka ja sähkötekniikka
Language
en
Pages
65 + 12
Series
Abstract
The purpose of this thesis is to study applicability and economic viability of a battery energy storage system (BESS) in the national transmission system operator Fingrid Oyj held ancillary service markets. The advantages of a battery energy storage are immediate active power generation and accuracy of the control. On the other hand, it’s weaknesses are limited energy capacity, limited lifetime of batteries, and high initial investment costs. Difference of battery energy storages compared to conventional power generation sets challenges for market regulation and uncertainty to investments. A battery energy storage was found to be suitable for frequency containment reserve markets, but could only be economically viable at the hourly auctioned frequency containment reserve for normal operation (FCR-N) market. A BESS can also be used simultaneously for the reactive power compensation to maintain appropriate voltage level. Behavior of different control logics in the frequency containment reserve was simulated in Matlab and Apros applications. A full year of 2013 was simulated using available frequency data. Simulation results showed the high impact of FCR market regulation to BESS operation in FCR-N market and its economic viability. The results also show that the current market regulation model in use is not optimal for battery energy storage. Advantages of a BESS can be increased significantly by altering market rules, thus helping commercialization of the BESS in general. The results of this thesis were used to evaluate costs and use in Helen Oy’s BESS project.

Diplomityön tavoitteena oli tutkia sähkövaraston soveltuvuutta ja kaupallista kannattavuutta kantaverkkoyhtiö Fingrid Oyj:n reservimarkkinoilla. Akkukäyttöisen sähkövaraston etuja ovat välitön tehontuotanto ja säädön tarkkuus. Toisaalta heikkouksia ovat rajattu energian kapasiteetti, rajattu akkujen elinikä ja korkea investointikustannus. Sähkövaraston erilaisuus verrattuna perinteisiin tehoreserveihin asettaa haasteita markkinaregulaatioon ja epävarmuutta investointeihin. Työssä tunnistettiin sähkövaraston soveltuvan taajuusohjattuihin reservimarkkinoihin, mutta sähkövaraston katsottiin soveltuvan kaupallisesti ainoastaan taajuusohjatun käyttöreservin tuntimarkkinalle. Lisäksi todettiin sähkövaraston kykenevän kompensoimaan sähköverkon loistehoa jännitteen ylläpitämiseksi. Sähkövaraston käyttäytymistä simuloitiin eri säätökäyrillä taajuusohjatussa käyttöreservissä Matlab- ja Apros-ohjelmistojen avulla. Simulaatiot tehtiin vuoden 2013 taajuusdataa käyttäen, jolloin saatiin kattava käsitys sähkövaraston käyttäytymisestä eri säätökäyrillä. Tuloksista havaittiin, että taajuusohjatun käyttöreservin markkinavaatimuksilla on huomattavan suuri vaikutus sähkövaraston toimintaan ja kannattavuuteen. Lisäksi huomattiin, että nykyinen markkinavaatimus taajuusohjattuun käyttöreserviin osallistumisesta ei ole sähkövaraston kannalta optimaalinen. Markkinasääntöjä muuttamalla, voidaan kasvattaa sähkövaraston hyötyjä huomattavasti ja edesauttaa sähkövarastojen kaupallistumista. Tuloksia käytettiin hyväksi Helen Oy:n Kalasataman sähkövarasto hankkeen kustannusten ja käytön arvioimiseen.
Description
Supervisor
Lehtonen, Matti
Thesis advisor
Lahtinen, Perttu
Keywords
battery energy storage system, BESS, ancillary service markets, demand response, frequency control, frequency containment reserve
Other note
Citation