Battery energy storage systems for ancillary services provision in the US grid

The scope of this work is the simulation of the actions of the Battery Energy Storage System (BESS) delivering grid services in the context of the Ancillary Service Market (ASM) in the US grid. BESSs are now involved in many pilot projects around the world for the provision of ancillary services. Since energy storage systems have better ramping characteristics than conventional generators, their involvement in frequency regulation can make it easier to balance load and generation, and the precision of the following power setpoints will provide extreme benefits for the operation of today power network in the face of the integration of non-programmable and unpredictable sources of renewable energy (RES) However, they cannot sustain their output indefinitely. Therefore, new frequency regulation policies have been adopted by operators to take advantage of the fast ramps that energy storage systems can offer while alleviating the problems associated with their limited energy capacity. This study compares policies of the U.S. regions that directly impact the frequency control of energy storage systems and compares the profits that could be achieved by the owners of such systems in each region. Regulatory services are explored in depth in six electricity markets in the US grid markets, namely CAISO, ERCOT, MISO, NYISO, PJM, and SPP. An analysis and comparative study of the procurement methods and the operation of the reserve markets in the electricity markets selected will also be presented. Simulation of the provision of ancillary services over a 7-day period using an empirical Li-ion battery model implemented in a Simulink tool is the technique suggested. The work included the development of the model controller, the study and development of a complete procedure for the accurate representation of grid services, the validation of the empirical cell model and the description of frequency regulation scenarios in the US based on the characteristics of the battery energy storage and the simulation of various combinations and scenarios. The results of the simulations have been investigated and developed in terms of both the technological characteristics of the system and the economic return of the system.

Energy Storage System per fornire servizi di rete nel contesto del mercato dei servizi ancillari (ASM) nel contensto statunitense. I sistemi BESS sono oggi coinvolta in molti progetti pilota in tutto il mondo per la fornitura di servizi ancillari. Poiché i sistemi di accumulo di energia hanno caratteristiche di rampa migliori rispetto ai generatori convenzionali, il loro coinvolgimento nella regolazione della frequenza può rendere più facile bilanciare carico e generazione e la precisione dei setpoint di potenza può fornire vantaggi importanti per l’esercizio della rete elettrica e consentire l'integrazione di fonti di energia rinnovabile (FER) non programmabili e variabili; tuttavia, essi non possono sostenere la loro produzione indefinitamente. Pertanto, nuove politiche di regolazione della frequenza sono state adottate dagli operatori per sfruttare le rampe veloci che i sistemi di accumulo di energia possono offrire, alleviando i problemi associati alla loro limitata capacità energetica. Questo studio confronta le politiche delle regioni degli Stati Uniti che hanno un impatto diretto sulla presenza di controllo della frequenza dei sistemi di accumulo di energia e confronta i profitti che potrebbero essere ottenuti dai proprietari di tali sistemi in ciascuna regione. I servizi di regolamentazione sono analizzati in dettaglio, con riferimento a sei mercati dell'elettricità nei mercati delle reti statunitensi, vale a dire CAISO, ERCOT, MISO, NYISO, PJM e SPP. Verrà inoltre presentata un'analisi e uno studio comparativo delle modalità di approvvigionamento e del funzionamento dei mercati di riserva nei mercati elettrici selezionati. La tecnica suggerita è la simulazione della fornitura di servizi ausiliari per un periodo di 7 giorni, utilizzando un modello empirico di batteria agli ioni di litio implementato in Simulink. Il lavoro comprende lo sviluppo del model controller, lo studio e lo sviluppo di una procedura completa per la rappresentazione accurata dei servizi di rete, la validazione del modello di cella empirica e la descrizione di scenari di regolazione della frequenza negli USA in base alle caratteristiche della batteria accumulo di energia e simulazione di varie combinazioni e scenari. I risultati delle simulazioni sono stati studiati e sviluppati sia in termini di caratteristiche tecnologiche del sistema che di ritorno economico del sistema.