Technical and economic benefits of battery-based energy storage systems for the supply of ancillary services in the Colombian electricity system

En este documento se realiza un estado del arte de los sistemas de almacenamiento de energía (SAE), en donde se presentan los diferentes tipos, características y consideraciones a tener en cuenta de este tipo de elementos, junto al estudio de las diferentes aplicaciones y beneficios que pueden brindar los SAE. Se propone y evalúa la formulación para arbitraje de energía en el sistema eléctrico colombiano por medio de sistemas de almacenamiento de energía basados en baterías (SAEB), en donde se incluyen elementos como la degradación de las baterías y el costo generado por dicha degradación. Además, dados los beneficios que tienen los SAEB para suministrar múltiples servicios, se propone un modelo de co-optimización que permite evaluar la participación simultanea de los sistemas de almacenamiento de energía (SAEB) en aplicaciones de arbitraje, reserva de energía y regulación de frecuencia. Los modelos son evaluados haciendo uso de datos históricos del mercado de energía mayorista colombiano. Dos escenarios, relacionados con la penetración de renovables, son analizados. Además, para cada modelo se efectúa una evaluación financiera, en donde se analiza uno a uno los casos de estudio, tanto desde el punto de vista del sistema como desde el punto de vista del inversionista. Los resultados muestran que el uso exclusivo de SAEB para prestar arbitraje no es viable económicamente en Colombia, mientras que prestar de forma simultanea los servicios de regulación de frecuencia y arbitraje resultaría rentable, tanto para el sistema como para un agente inversionista. (Texto tomado de la fuente)In this document, a state of the art of energy storage system (ESS) is performed, where the different types, characteristics, and considerations of this type of elements are presented, together with a study of the different applications and benefits that ESS can provide. The formulation for energy arbitrage in the Colombian electrical system through battery-based energy storage systems (BESS) is proposed and evaluated, where elements such as battery degradation and the cost generated by such degradation are included. In addition, given the benefits that BESS have when supplying multiple services, a co-optimization model is proposed that allows evaluating the simultaneous participation of BESS in arbitrage, energy reserve, and frequency regulation applications. The models are evaluated using historical data from the Colombian wholesale energy market. Two scenarios related to the penetration of renewables are analyzed. In addition, a financial evaluation is carried out for each case study, both from the point of view of the system and from the investor's point of view. The results show that the exclusive use of BESS to provide energy arbitrage is not economically viable in Colombia, while simultaneously providing frequency regulation and energy arbitrage services would be profitable, both for the system and for an investor agent. (Text taken from the source)MaestríaMagíster en Ingeniería - Ingeniería EléctricaSistemas de potenciaSistemas de almacenamiento de energí