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Economic feasibility study of micro pumped hydro and battery energy storage for the integration of solar photovoltaic energy into the grid
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Abstract
The use of fossil fuels in the production of electric energy has raised some concerns over the last years; their finite nature, cost and environmental impact are the most important issues. This has resulted in the study and development of alternative energy sources that include solar photovoltaic as one of the most common. Integrating the energy produced from this kind of renewable sources represents a challenge due to its variability and intermittency, reason why some of the renewable energy producers are subject to an integration limit or curtailment by the utility. In this thesis we perform an economic feasibility study of micro pumped hydro and batteries for the integration of solar photovoltaic energy into Puerto Rico’s electric grid. To this end, a total of fourteen scenarios have been simulated and analyzed, these scenarios are PV facilities that inject a portion of the energy produced during the day into the electric grid, whereas the energy subject to curtailment is stored and then integrated at night. Some of the parameters that vary from case to case include installed PV capacity, integration limit, cost of the storage technology and selling price of the energy stored. Results show that the net present value for all scenarios simulated is positive, which means they are economically feasible when energy is sold at an escalated price of $0.185/kWh during the day and $0.195/kWh or more during the night. Optimum size for the storage system corresponding to each case is also found. The use of energy storage systems leads to an increase in the penetration of renewable energy into Puerto Rico’s electric grid.
El uso de combustibles fósiles en la producción de energía eléctrica se ha convertidoen materia de interés en los últimos años; su naturaleza finita, costo e impacto ambiental son algunos de los problemas más importantes en este tema. Esto ha resultado en el estudio y desarrollo de fuentes alternativas de energía que incluyen solar fotovoltaica entre las más comunes. Integrar la energía producida por este tipo de fuentes renovables representa un reto debido a su variabilidad e intermitencia, razón por la cual algunos de los productores de energía renovable están sujetos a un límite de integración por parte de la compañía eléctrica. En esta tesis realizamos un estudio de viabilidad económica del uso de micro bombeo de agua y baterías en la integración de energía solar fotovoltaica en el sistema eléctrico de Puerto Rico. Para este fin, un total de catorce escenarios fueron simulados y analizados, estos escenarios son parques fotovoltaicos que inyectan una porción de la energía producida durante el día a la red, mientras que la cantidad de energía que es rechazada se almacena para luego ser integrada en la noche. Algunos de los parámetros que cambian de caso en caso incluyen capacidad instalada de paneles fotovoltaicos, límite de integración, costo de la tecnología usada para almacenamiento y precio de venta de la energía almacenada. Los resultados muestran que el valor presente neto es positivo para todos los escenarios simulados, lo que significa que son viables económicamente cuando la energía se vende a un precio escalable de $0.185/kWh durante el día y $0.195/kWh o más durante la noche. El tamaño óptimo del sistema de almacenamiento correspondiente a cada caso es calculado también. El uso de sistemas de almacenamiento de energía conduce a un aumento en la penetración de energía renovable en el sistema eléctrico de Puerto Rico.
El uso de combustibles fósiles en la producción de energía eléctrica se ha convertidoen materia de interés en los últimos años; su naturaleza finita, costo e impacto ambiental son algunos de los problemas más importantes en este tema. Esto ha resultado en el estudio y desarrollo de fuentes alternativas de energía que incluyen solar fotovoltaica entre las más comunes. Integrar la energía producida por este tipo de fuentes renovables representa un reto debido a su variabilidad e intermitencia, razón por la cual algunos de los productores de energía renovable están sujetos a un límite de integración por parte de la compañía eléctrica. En esta tesis realizamos un estudio de viabilidad económica del uso de micro bombeo de agua y baterías en la integración de energía solar fotovoltaica en el sistema eléctrico de Puerto Rico. Para este fin, un total de catorce escenarios fueron simulados y analizados, estos escenarios son parques fotovoltaicos que inyectan una porción de la energía producida durante el día a la red, mientras que la cantidad de energía que es rechazada se almacena para luego ser integrada en la noche. Algunos de los parámetros que cambian de caso en caso incluyen capacidad instalada de paneles fotovoltaicos, límite de integración, costo de la tecnología usada para almacenamiento y precio de venta de la energía almacenada. Los resultados muestran que el valor presente neto es positivo para todos los escenarios simulados, lo que significa que son viables económicamente cuando la energía se vende a un precio escalable de $0.185/kWh durante el día y $0.195/kWh o más durante la noche. El tamaño óptimo del sistema de almacenamiento correspondiente a cada caso es calculado también. El uso de sistemas de almacenamiento de energía conduce a un aumento en la penetración de energía renovable en el sistema eléctrico de Puerto Rico.
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Date
2016
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Keywords
Reservoirs, Renewable energy sources, Photovoltaic systems, Batteries, Photovoltaic generation, pumped-hydro storage, island electric systems
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Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International