Analyzing battery energy storage system operation on the Finnish reserve markets: The cost components and their relative significance toyearly cashflows
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Electrical Engineering |
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
Department
Major/Subject
Mcode
Degree programme
Language
en
Pages
75
Series
Abstract
The growth of renewables generation and downshifting of combustion-based generation are rapidly transforming the Finnish power system. The supply and demand must always be equal, and the balancing occurs at the Reserve Markets maintained by the Finnish transmission system operator Fingrid. A part of these reserve markets is formed by the Frequency Containment Reserve (FCR) markets FCR-N and FCR-D, where Battery Energy Storage Systems (BESS) are one of the technologies providing the service. BESS operation on these markets includes varying cost and revenue components, as well as new technical requirements regarding State-of-Charge (SoC) management. While some research has been done on BESS on the reserve markets, little to no research exists on these cost components in terms of the new technical requirements. Therefore, the purpose of this thesis was to determine the cost components resulting from these technical requirements and to evaluate their relative significance to annual cashflows. This thesis developed a simulation model from which the cashflow and SoC management results were obtained. The model included three scenarios: BESS participation in FCR-N, in FCR-D and an optimization between the two. The results showed that the cost of losses was the most or the second most significant cost component in all scenarios. It was followed by the O\&M costs in two scenarios and led by the imbalance costs in one scenario. Market sanctions and grid fees were not in the two most significant cost components in any of the scenarios. The optimized scenario gained the highest cashflow but was closely followed by FCR-D. FCR-N caused substantially more activations than FCR-D, which was seen in the number of consumed cycles, frequent use of the SoC management algorithms, and increased costs. The results highlight the need for a future study to optimize buying the energy consumed by losses and SoC management from the most profitable market, as there is potential to decrease both the cost of losses and the imbalance costs. Additionally, multi-market optimization development is seen as an important future line of study, where markets beyond FCR-N and FCR-D would be included.Suomen sähköjärjestelmä muuttuu nopeasti uusiutuvan sääriippuvaisen sähköntuotannon lisäyksen ja polttoperusteisen tuotannon poistojen takia. Tuotannon ja kulutuksen täytyy vastata toisiaan joka hetki, ja tätä tasapainoa ylläpidetään kantaverkkoyhtiö Fingridin reservimarkkinoilla. Osan reservimarkkinoista muodostaa taajuuden vakautusreservit FCR-N ja FCR-D, joihin akkuenergiavarastot pystyvät osallistumaan. Akkuenergiavarastojen toimintaan näillä markkinoilla liittyy useita kustannus- ja tulokomponentteja, kuten myös teknisiä vaatimuksia akun varaustilan hallintaan. Akkujen toimintaa FCR-markkinoilla on tutkittu aiemminkin, mutta uusista teknisistä vaatimuksista seuraavia kustannuskomponentteja ei ole juurikaan tutkittu. Siksi tämän diplomityön tarkoitus oli määrittää näistä teknisistä vaatimuksista seuraavat kustannuskomponentit ja arvioida niiden suhteellista merkitystä vuosittaisiin kassavirtoihin. Tässä työssä kehitettiin simulaatiomalli, josta saatiin kassavirtoihin ja varaustilan hallintaan liittyvät tulokset. Työssä luotiin kolme skenaariota: osallistuminen FCR-N:ään, osallistuminen FCR-D:hen ja optimointi näiden kahden välillä. Tuloksissa todettiin, että häviöiden kustannus oli merkittävin tai toiseksi merkittävin kustannuskomponentti kaikissa skenaarioissa. Myös tasevirheen kustannus tai huolto- ja käyttökulut olivat merkittäviä kustannuskomponentteja eri skenaarioissa. Markkinasanktiot ja verkkomaksut eivät olleet kahden merkittävimmän kustannuskomponentin joukossa missään kolmesta skenaariosta. Optimoitu skenaario saavutti suurimman kassavirran, ja FCR-D oli niukasti toisena. FCR-N aiheutti merkittävästi enemmän aktivointeja kuin FCR-D, mikä näkyi kuluneiden syklien lukumäärässä, varaustilanhallinta-algoritmien jatkuvassa käytössä ja kohonneissa kustannuksissa. Tulokset korostavat tarvetta tulevaisuuden tutkimuksille kehittää häviöiden ja varaustilan hallinnan kuluttamaan energiaan optimointilogiikka, jonka perusteella tämä energia hankitaan kannattavimmalta markkinalta, sillä häviöiden ja tasevirheen kustannusten vähentämisessä nähdään potentiaalia. Lisäksi työssä nousee esille tarve monimarkkinaoptimoinnille, jossa olisi mukana myös muita markkinoita FCR-N:n ja FCR-D:n lisäksi.Description
Supervisor
Lehtonen, MattiThesis advisor
Marttala, MikkoDahl, Lotta