akkuvarastojen monitavoitteinen rooli - energiateollisuus · pdf file ·...

26

Upload: vocong

Post on 25-Mar-2018

219 views

Category:

Documents


2 download

TRANSCRIPT

Page 1: Akkuvarastojen monitavoitteinen rooli - Energiateollisuus · PDF file · 2018-01-31Akkuvarastojen monitavoitteinen rooli ... 132 kWh, 188 kW 230 pcs LiFePO 4 ... PowerPoint Presentation
Page 2: Akkuvarastojen monitavoitteinen rooli - Energiateollisuus · PDF file · 2018-01-31Akkuvarastojen monitavoitteinen rooli ... 132 kWh, 188 kW 230 pcs LiFePO 4 ... PowerPoint Presentation

LUT – Ville Tikka, 30.1.2018 - Helsinki

Akkuvarastojen

monitavoitteinen rooli

energiajärjestelmässä

Ville Tikka – LUT

2

Page 3: Akkuvarastojen monitavoitteinen rooli - Energiateollisuus · PDF file · 2018-01-31Akkuvarastojen monitavoitteinen rooli ... 132 kWh, 188 kW 230 pcs LiFePO 4 ... PowerPoint Presentation

LUT – Ville Tikka, 30.1.2018 - Helsinki

▪ Project management

− Ville Tikka, Jukka Lassila

▪ Tariffs and grid supporting applications

− Jouni Haapaniemi, Juha Haakana

▪ Optimization and market applications

− Nadezda Belonogova, Arun Narayanan

▪ Hardware and storage control, field tests

− Andrey Lana, Ville Tikka

▪ Supervising professors

− Jarmo Partanen, Samuli Honkapuro

LUT research group and research areas

3

Page 4: Akkuvarastojen monitavoitteinen rooli - Energiateollisuus · PDF file · 2018-01-31Akkuvarastojen monitavoitteinen rooli ... 132 kWh, 188 kW 230 pcs LiFePO 4 ... PowerPoint Presentation

LUT – Ville Tikka, 30.1.2018 - Helsinki

Partners and funders:

Sähkötutkimuspooli, STEK, Helen, Helen Electricity Network, Fingrid, Landis+Gyr, LUT

Budget and schedule:

140 k€, 12/2016 – 12/2017

Partners and funding

4

Sähkötutkimuspooli

Page 5: Akkuvarastojen monitavoitteinen rooli - Energiateollisuus · PDF file · 2018-01-31Akkuvarastojen monitavoitteinen rooli ... 132 kWh, 188 kW 230 pcs LiFePO 4 ... PowerPoint Presentation

LUT – Ville Tikka, 30.1.2018 - Helsinki

▪ EC currently encourages 1) the increase of efficiency, flexibility, safety,

and power quality in distribution grids and 2) to fully exploit potential

advantages from RES, DG, DR, and Energy Storage Systems

▪ Stationary and mobile BESS play a significant role in modern energy

systems

▪ Multi-objective operation of distributed BESS could lead to lower socio-

economic costs, but might also cause conflicts of interest

Motivation

5

Page 6: Akkuvarastojen monitavoitteinen rooli - Energiateollisuus · PDF file · 2018-01-31Akkuvarastojen monitavoitteinen rooli ... 132 kWh, 188 kW 230 pcs LiFePO 4 ... PowerPoint Presentation

LUT – Ville Tikka, 30.1.2018 - Helsinki

Battery Cost Forecasts

6

Nykvist, Björn, and Måns Nilsson. "Rapidly falling costs of battery packs

for electric vehicles." Nature Climate Change 5.4 (2015): 329-332.

Page 7: Akkuvarastojen monitavoitteinen rooli - Energiateollisuus · PDF file · 2018-01-31Akkuvarastojen monitavoitteinen rooli ... 132 kWh, 188 kW 230 pcs LiFePO 4 ... PowerPoint Presentation

LUT – Ville Tikka, 30.1.2018 - Helsinki

I. Implementation of control system?

II. How to optimize the stakeholder -specific utilization of an

individual BESS for different purposes (e.g. peak-cutting, control of

frequency and voltage, optimization of reactive power balance,

electricity trade in day-ahead, intraday, and ancillary markets, back-up

power for end-user / network, etc.)?

III. How to optimize the operation of a system with multiple battery

energy storage systems with different sizes, locations, and owners?

The main research questions

7

Page 8: Akkuvarastojen monitavoitteinen rooli - Energiateollisuus · PDF file · 2018-01-31Akkuvarastojen monitavoitteinen rooli ... 132 kWh, 188 kW 230 pcs LiFePO 4 ... PowerPoint Presentation

LUT – Ville Tikka, 30.1.2018 - Helsinki

Present project and further questions

8

Implementation

Page 9: Akkuvarastojen monitavoitteinen rooli - Energiateollisuus · PDF file · 2018-01-31Akkuvarastojen monitavoitteinen rooli ... 132 kWh, 188 kW 230 pcs LiFePO 4 ... PowerPoint Presentation

LUT – Ville Tikka, 30.1.2018 - Helsinki

Test sites, (build on earlier projects)

Suvilahti, 2016

(Helen)

600 kWh, 1.2 MW

~15 000 LTO Li-ion cells

Green Campus, 2016

LUT

132 kWh, 188 kW

230 pcs LiFePO4

LVDC microgrid, 2014

(Suur-Savon Sähko/LUT)

2x30 kWh, 2x30 kW

2x235 pcs LiFePO4

V2G hybrid, 2014

LUT

1.3kWh, 27 kW (NiMH) + 4.3 kWh, 3 kW (LiFePO4)

9

Page 10: Akkuvarastojen monitavoitteinen rooli - Energiateollisuus · PDF file · 2018-01-31Akkuvarastojen monitavoitteinen rooli ... 132 kWh, 188 kW 230 pcs LiFePO 4 ... PowerPoint Presentation

LUT – Ville Tikka, 30.1.2018 - Helsinki

Test sites, (build on earlier projects)

10

Distributed

energy storage

(customers)

LVDC

Suomenniemi

Mobile energy

storage

(customers)

LUT Green Campus

Centralized energy

storage

(secondary substation)

LUT Green CampusCentralized energy

storage

(primary substation)

Helen Suvilahti

Page 11: Akkuvarastojen monitavoitteinen rooli - Energiateollisuus · PDF file · 2018-01-31Akkuvarastojen monitavoitteinen rooli ... 132 kWh, 188 kW 230 pcs LiFePO 4 ... PowerPoint Presentation

LUT – Ville Tikka, 30.1.2018 - Helsinki11

Master

unit

LUT Storage &

EV charging

LVDC

Suomenniemi

Helen

Suvilahti

Page 12: Akkuvarastojen monitavoitteinen rooli - Energiateollisuus · PDF file · 2018-01-31Akkuvarastojen monitavoitteinen rooli ... 132 kWh, 188 kW 230 pcs LiFePO 4 ... PowerPoint Presentation

LUT – Ville Tikka, 30.1.2018 - Helsinki

Suomenniemi LVDC research site

12

Page 13: Akkuvarastojen monitavoitteinen rooli - Energiateollisuus · PDF file · 2018-01-31Akkuvarastojen monitavoitteinen rooli ... 132 kWh, 188 kW 230 pcs LiFePO 4 ... PowerPoint Presentation

LUT – Ville Tikka, 30.1.2018 - Helsinki

LUT GreenCampus BESS

13

Page 14: Akkuvarastojen monitavoitteinen rooli - Energiateollisuus · PDF file · 2018-01-31Akkuvarastojen monitavoitteinen rooli ... 132 kWh, 188 kW 230 pcs LiFePO 4 ... PowerPoint Presentation

LUT – Ville Tikka, 30.1.2018 - Helsinki

EV smart charging

14

EN

ST

O

EC

V 1

00

Interface

unit

IEC Master

IEC62196-X, mode 3

Ensto, RS485Ethernet

• Smart charging based on local logic on interface unit

• FCR, power band, peak shaving, etc.

Page 15: Akkuvarastojen monitavoitteinen rooli - Energiateollisuus · PDF file · 2018-01-31Akkuvarastojen monitavoitteinen rooli ... 132 kWh, 188 kW 230 pcs LiFePO 4 ... PowerPoint Presentation

LUT – Ville Tikka, 30.1.2018 - Helsinki

EV smart charging example

15

Page 16: Akkuvarastojen monitavoitteinen rooli - Energiateollisuus · PDF file · 2018-01-31Akkuvarastojen monitavoitteinen rooli ... 132 kWh, 188 kW 230 pcs LiFePO 4 ... PowerPoint Presentation

LUT – Ville Tikka, 30.1.2018 - Helsinki

Helen Suvilahti

16

• Helsinki Suvilahti

• Connected to 10 kV distribution grid

• Commercial storage utilized in research

Page 17: Akkuvarastojen monitavoitteinen rooli - Energiateollisuus · PDF file · 2018-01-31Akkuvarastojen monitavoitteinen rooli ... 132 kWh, 188 kW 230 pcs LiFePO 4 ... PowerPoint Presentation

LUT – Ville Tikka, 30.1.2018 - Helsinki

SOC, E, Ah,

Restrictions

P, Q

f

P

+fdb+fmax

-fdb -fmax

+Pmax

-Pmax

Data

resources

f, U

Central

control

algorithms

Task 1:

kWh, kW, €

Task 2:

kWh, kW, €

Task 3:

kWh, kW, €

Local control

algorithms

Local control

algorithms

Local control

algorithms

Local control

algorithms

≤ 1 sec,

≤ 15 min

≤ 1 sec,

≤ 15 min

≤ 1 sec,

≤ 15 min

≤ 1 sec,

≤ 15 min

Day,

1h,

15 min

f, U

f, U

f, U

P, Q

P, Q

P, Q

Pref, Eref / Parameters

of the task

Multi-objective control concept for

distributed BESS

17

Page 18: Akkuvarastojen monitavoitteinen rooli - Energiateollisuus · PDF file · 2018-01-31Akkuvarastojen monitavoitteinen rooli ... 132 kWh, 188 kW 230 pcs LiFePO 4 ... PowerPoint Presentation

LUT – Ville Tikka, 30.1.2018 - Helsinki

Multi-objective control concept for distributed

BESS (generic control architecture)

18

Centralized,

data center /

cloud

computing

Decisions for next n

hours

Distributed on

site

Hardware

control on site

Centralized control

plan execution

Hardware control, U, I,

P, f, etc.Contr

ol syste

m c

om

munic

ation Data resources

• Electricity markets

• Weather forecasts

• Weather observations

• Etc.

Control system level Control system tasks Input data for control

Data resources• Local grid status

• Other locally

observed variables

Data resources• Grid frequency

• U, I, P

Page 19: Akkuvarastojen monitavoitteinen rooli - Energiateollisuus · PDF file · 2018-01-31Akkuvarastojen monitavoitteinen rooli ... 132 kWh, 188 kW 230 pcs LiFePO 4 ... PowerPoint Presentation

LUT – Ville Tikka, 30.1.2018 - Helsinki

Simulation tool: basic structure

19

Second-resolutionHour-resolution Year-resolution = techno-economical resultsDay-resolution

Logics SLogics HLogics D Final results

Annual revenues

Operational cost

Profits

Benefit-cost ratio

Return on investment

Strategy to operateTuning input parameters;

Developing optimal bidding and

operational strategy

Input InputInput

Page 20: Akkuvarastojen monitavoitteinen rooli - Energiateollisuus · PDF file · 2018-01-31Akkuvarastojen monitavoitteinen rooli ... 132 kWh, 188 kW 230 pcs LiFePO 4 ... PowerPoint Presentation

LUT – Ville Tikka, 30.1.2018 - Helsinki

Relationship between local and system

tasks

20

Page 21: Akkuvarastojen monitavoitteinen rooli - Energiateollisuus · PDF file · 2018-01-31Akkuvarastojen monitavoitteinen rooli ... 132 kWh, 188 kW 230 pcs LiFePO 4 ... PowerPoint Presentation

LUT – Ville Tikka, 30.1.2018 - Helsinki

Conflict of objectives

21

Page 22: Akkuvarastojen monitavoitteinen rooli - Energiateollisuus · PDF file · 2018-01-31Akkuvarastojen monitavoitteinen rooli ... 132 kWh, 188 kW 230 pcs LiFePO 4 ... PowerPoint Presentation

LUT – Ville Tikka, 30.1.2018 - Helsinki

Monitoring interface example (campus)

22

Page 23: Akkuvarastojen monitavoitteinen rooli - Energiateollisuus · PDF file · 2018-01-31Akkuvarastojen monitavoitteinen rooli ... 132 kWh, 188 kW 230 pcs LiFePO 4 ... PowerPoint Presentation

LUT – Ville Tikka, 30.1.2018 - Helsinki

Monitoring interface example (LVDC site)

23

Page 24: Akkuvarastojen monitavoitteinen rooli - Energiateollisuus · PDF file · 2018-01-31Akkuvarastojen monitavoitteinen rooli ... 132 kWh, 188 kW 230 pcs LiFePO 4 ... PowerPoint Presentation

LUT – Ville Tikka, 30.1.2018 - Helsinki

The project outcomes

I. Technical implementation of the control system

I. Fully functioning control architecture

II. Decision making algorithms based on real-time data

III. Visualization platform, etc.

II. Simulation tools developed

I. Enables simulation of different scenarios

II. Based on actual power system and market data

III. Algorithm to analyze conflict of objectives

24

Page 25: Akkuvarastojen monitavoitteinen rooli - Energiateollisuus · PDF file · 2018-01-31Akkuvarastojen monitavoitteinen rooli ... 132 kWh, 188 kW 230 pcs LiFePO 4 ... PowerPoint Presentation

LUT – Ville Tikka, 30.1.2018 - Helsinki

Thank you!

Questions?

25

Contact:

Ville Tikka

[email protected]

Page 26: Akkuvarastojen monitavoitteinen rooli - Energiateollisuus · PDF file · 2018-01-31Akkuvarastojen monitavoitteinen rooli ... 132 kWh, 188 kW 230 pcs LiFePO 4 ... PowerPoint Presentation