Solar-plus-storage benefits for end-users placed at radial and meshed grids: An economic and resiliency analysis

Abstract

[EN] A resilient photovoltaic system, which comprises from the joint use of photovoltaic solar panels and electrochemical storage that is able to operate both with and without grid connection, is capable of providing an added service both during normal grid-connected operation and when a blackout occurs (as opposed to a traditional solar system). When the conventional power grid is in normal operation, resilient photovoltaic systems are able to generate revenue and/or reduce the electricity bill. During blackouts, resilient photovoltaic systems are capable of providing critical emergency power to help backup diesel generator systems. The research presented here evaluates the technical and economic feasibility of systems based on photovoltaic solar energy and electrochemical storage in three critical infrastructures which have to account with a typical backup diesel generator. To this end, the research presented here assigns a monetary value to the cost of avoiding a blackout. Thus, the REopt Lite software has been used to optimally select and dimension different resilient schemes. For each of the cases evaluated the resilient systems were able to obtain benefits associated with the substitution of the energy use of the electricity grid, the reduction of charges for the use of energy during peak energy periods, and the modification of energy purchase periods from periods of high cost to periods of low cost. For all cases the model found the optimal combination of technologies capable of minimizing the cost of energy throughout the life cycle of the project. The obtained results show that assigning a value to the cost of blackouts can have a major impact on the economic viability of a resilient solution. For all cases the net present value of a system was always higher when a value was assigned to resilience. The values assigned to resilience were higher for users plugged to radial networks, which are more prone to blackouts, and lower for users connected to meshed grids, usually more reliable. Despite the fact that for the investigation presented here only three types of infrastructures were assessed, similar results could be expected for other critical infrastructures with similar loads and electricity tariffs. Resilient systems using photovoltaic solar installations that are limited in size could provide both economic savings during normal grid-connected operation and limited emergency power during blackouts. When these systems based on photovoltaic solar energy and electrochemical storage are used in conjunction with an emergency diesel generator, these resilient “hybrid” systems are capable of satisfying critical loads during short- and long-term blackouts.

[ES] Un sistema fotovoltaico resiliente, que comprende el uso conjunto de paneles solares fotovoltaicos y un almacenamiento electroquímico que sea capaz de funcionar tanto con conexión a red como sin ella, es capaz de dar un servicio añadido tanto durante el funcionamiento normal conectado a red como cuando se produce un apagón ( a diferencia de un sistema solar tradicional). Cuando la red eléctrica convencional está en funcionamiento normal, los sistemas fotovoltaicos resilientes pueden generar ingresos y/o reducir la factura eléctrica. Durante los apagones, los sistemas fotovoltaicos resistentes son capaces de proporcionar energía de emergencia crítica para ayudar a respaldar los sistemas de generadores diésel. La investigación aquí presentada evalúa la viabilidad técnica y económica de sistemas basados en energía solar fotovoltaica y almacenamiento electroquímico en tres infraestructuras críticas que deben contar con un típico generador diésel de respaldo. Para ello, la investigación aquí presentada asigna un valor monetario al costo de evitar un apagón. Por lo tanto, el software REopt Lite se ha utilizado para seleccionar y dimensionar de manera óptima diferentes esquemas resilientes. Para cada uno de los casos evaluados los sistemas resilientes lograron obtener beneficios asociados a la sustitución del uso energético de la red eléctrica, la reducción de cargos por el uso de energía durante los períodos pico de energía y la modificación de los períodos de compra de energía de los períodos de alto costo a periodos de bajo costo. Para todos los casos el modelo encontró la combinación óptima de tecnologías capaces de minimizar el coste de la energía durante todo el ciclo de vida del proyecto. Los resultados obtenidos muestran que asignar un valor al costo de los apagones puede tener un impacto importante en la viabilidad económica de una solución resiliente. En todos los casos, el valor actual neto de un sistema siempre fue mayor cuando se asignó un valor a la resiliencia. Los valores asignados a la resiliencia fueron mayores para los usuarios conectados a redes radiales, que son más propensos a sufrir apagones, y menores para los usuarios conectados a redes malladas, generalmente más confiables. A pesar de que para la investigación aquí presentada sólo se evaluaron tres tipos de infraestructuras, se podrían esperar resultados similares para otras infraestructuras críticas con cargas y tarifas eléctricas similares. Los sistemas resilientes que utilizan instalaciones solares fotovoltaicas de tamaño limitado podrían proporcionar ahorros económicos durante el funcionamiento normal conectado a la red y energía de emergencia limitada durante los apagones. Cuando estos sistemas basados en energía solar fotovoltaica y almacenamiento electroquímico se utilizan junto con un generador diésel de emergencia, estos resistentes sistemas “híbridos” son capaces de satisfacer cargas críticas durante apagones de corto y largo plazo.