ORIGINAL PAPER
Evaluation of the economic efficiency of storage technology for electricity from coal power plants in large-scale chemical batteries
Piotr Krawczyk 1  
,  
Anna Śliwińska 1  
,  
 
 
More details
Hide details
1
GIG, Poland
CORRESPONDING AUTHOR
Piotr Krawczyk   

GIG, Poland
Publication date: 2020-06-06
Submission date: 2020-02-13
Final revision date: 2020-03-29
Acceptance date: 2020-04-03
 
Polityka Energetyczna – Energy Policy Journal 2020;23(2):67–90
KEYWORDS
TOPICS
ABSTRACT
The article present results of economic efficiency evaluation of storage technology for electricity from coal power plants in large-scale chemical batteries. The benefits of using a chemical lithium-ion battery in a public power plant based on hard coal were determined on the basis of data for 2018 concerning the mining process. The analysis included the potential effects of using a 400 MWh battery to optimize the operation of 350 MW power units in a coal power plant. The research team estimated financial benefits resulting from the reduction of peak loads and the work of individual power units in the optimal load range. The calculations included benefits resulting from the reduction of fuel consumption (coal and heavy fuel oil – mazout) as well as from the reduction of expenses on CO2 emission allowances. The evaluation of the economic efficiency was enabled by a model created to calculate the NPV and IRR ratios. The research also included a sensitivity analysis which took identified risk factors associated with changes in the calculation assumptions adopted in the analysis into account. The evaluation showed that the use of large-scale chemical batteries to optimize the operation of power units of the subject coal power plant is profitable. A conducted sensitivity analysis of the economic efficiency showed that the efficiency of the battery and the costs of its construction have the greatest impact on the economic efficiency of the technology of producing electricity in a coal power plant with the use of a chemical battery. Other variables affecting the result of economic efficiency are the factors related to battery durability and fuels: battery life cycle, prices of fuels, prices of CO2 emission allowances and decrease of the battery capacity during its lifetime.
METADATA IN OTHER LANGUAGES:
Polish
Ocena efektywności ekonomicznej technologii magazynowania energii elektrycznej z elektrowni węglowej w wielkoskalowych akumulatorach chemicznych
produkcja energii elektrycznej, magazynowanie energii elektrycznej do zastosowania w sieci, baterie litowo-jonowe, ocena efektywności ekonomicznej
Artykuł przedstawia wyniki oceny efektywności ekonomicznej technologii magazynowania energii elektrycznej z elektrowni węglowej w wielkoskalowych akumulatorach chemicznych. Na podstawie danych eksploatacyjnych za rok 2018 oszacowano korzyści z wykorzystania chemicznego akumulatora litowo-jonowego przez elektrownię zawodową opalaną węglem kamiennym. Przeanalizowane zostały potencjalne efekty zastosowania akumulatora o pojemności 400 MWh do optymalizacji pracy bloków energetycznych elektrowni węglowej o mocy 350 MW. Oszacowano korzyści finansowe, będące efektem redukcji obciążeń szczytowych oraz pracy poszczególnych bloków energetycznych w optymalnym zakresie ich obciążenia. W obliczeniach uwzględniono korzyści wynikające ze zmniejszenia zużycia paliw (węgla i mazutu) oraz wynikające ze zmniejszenia wydatków na zakup praw do emisji CO2. W celu oceny efektywności ekonomicznej zbudowano model, w którym wyliczono wskaźniki NPV i IRR. Przeprowadzono też analizę wrażliwości uwzględniającą zidentyfikowane czynniki ryzyka związane ze zmianami przyjętych założeń obliczeniowych. Przeprowadzona analiza wykazała opłacalność stosowania wielkoskalowych akumulatorów chemicznych do optymalizacji pracy bloków energetycznych elektrowni węglowej. Przeprowadzona analiza wrażliwości wykazała, że największy wpływ na efektywność ekonomiczną technologii produkcji energii elektrycznej w elektrowni węglowej z wykorzystaniem akumulatora chemicznego ma sprawność akumulatora, a w następnej kolejności koszty jego budowy. Kolejne zmienne wpływające na wynik efektywności ekonomicznej to czynniki związane z trwałością akumulatora i paliwami: okres eksploatacji akumulatora, ceny paliw, ceny praw do emisji CO2 emitowanego w wyniku ich spalania i spadek pojemności akumulatora w okresie jego eksploatacji.
 
REFERENCES (29)
1.
AES 2019. AES Breaks Ground on 400 MWh Energy Storage Project in Southern California Fluence Battery Storage System to Provide Sustainable, Reliable Energy for Southern California Edison Customers [Online] https://www.aes.com/investors/... [Accessed: 2019-01-17].
 
2.
Behrens, W. and Hawranek, P.M. 1991. Manual for the preparation of industrial feasibility studies. Vienna: United Nations Industrial Development Organization.
 
3.
Ceran, B. 2018. A comparative analysis of energy storage technologies. Polityka Energetyczna – Energy Policy Journal Vol. 21, Iss. 3, pp. 97–110.
 
4.
Chen et al. 2009 – Chen, H., Cong, T.N., Yang, W., Tan, C., Li, Y. and Ding, Y. 2009. Progress in electrical energy storage system: a critical review. Progress in Natural Science: Materials International 19, pp. 291–312.
 
5.
Chmielniak et al. 2017 – Chmielniak, T., Lepszy, S. and Mońka, P. 2017. Hydrogen energy – main problems (Energetyka wodorowa – podstawowe problemy). Polityka Energetyczna – Energy Policy Journal Vol. 20, Iss. 3, pp. 55–66 (in Polish).
 
6.
EC 2015. Guide to Cost-Benefit Analysis of Investment Projects. Economic appraisal tool for Cohesion Policy 2014–2020 (Przewodnik po analizie kosztów i korzyści projektów inwestycyjnych. Narzędzie analizy ekonomicznej polityki spójności 2014–2020). Brussels: European Commission, Directorate-General for Regional and Urban Policy (in Polish).
 
7.
Ellingsen et al. 2014 – Ellingsen, L.A-W., Majeau-Bettez, G., Singh, B., Srivastava, A.K., Valøen, L.O. and Strømman, A.H. 2014. Life cycle assessment of a lithium-ion battery vehicle pack. Journal of Industrial Ecology 18, pp. 113–124.
 
8.
FPL 2019. FPL announces plan to build the world’s largest solar-powered battery and drive accelerated retirement of fossil fuel generation. [Online] http://newsroom.fpl.com/2019-0... [Accessed: 2019-01-17].
 
9.
Hiremant et al. 2015 – Hiremant, M., Derendorf, K. and Vogt, T. 2015. Comparative life cycle assessment of battery storage systems for stationary applications. Environmental Science & Technology 49, pp. 4825–4833.
 
10.
Komorowska, A. and Gawlik, L. 2018. Management of surplus electricity production from unstable renewable energy sources using Power to Gas technology. Polityka Energetyczna – Energy Policy Journal Vol. 21, Iss. 4, pp. 43–64.
 
11.
KOBIZE 2019. CO2 market report No. 91, October 2019 (Raport z rynku CO2 Nr 91, październik 2019). [Online] https://www.kobize.pl/pl/file/... [Accessed: 2019-11-15] (in Polish).
 
12.
Krupa et al. 2018 – Krupa, K., Nieradko, Ł. and Haraziński, A. 2018. Prospects for energy storage in the world and in Poland in the 2030 horizon. Polityka Energetyczna – Energy Policy Journal Vol. 21, Iss. 2, pp. 19–34.
 
13.
Luo et al. 2015 – Luo, X., Wang, J., Dooner, M. and Clarke, J. 2015. Overview of current development in electrical energy storage technologies and the application potential in power system operation. Applied Energy 137, pp. 511–536.
 
14.
Marcinek, K. 1997. Financial assessment of investment projects of companies (Finansowa ocena przedsięwzięć inwestycyjnych przedsiębiorstw). Katowice: University of Economics Publishing House, 115 pp. (in Polish).
 
15.
Ministry of Energy 2018. Energy policy of Poland to 2040 – project (Polityka energetyczna Polski do 2040 r. – projekt). Warszawa [Online] https://www.gov.pl/documents/3... [Accessed: 2020-03-10] (in Polish).
 
16.
Mongird et al. 2019 – Mongird, K., Fotedar, V., Viswanathan, V., Koritarov, V., Balducci, P., Hadjerioua, B. and Alam, J. 2019. Energy Storage Technology and Cost Characterization Report. U.S. Department of Energy.
 
17.
NETL 2008. Market Analysis of Emerging Electric Energy Storage Systems. National energy technology laboratory and Department of Energy report with code DOE/NETL-2008/1330 of July 31, 2008 [Online] http://www.netl.doe.gov/energy... [Accessed: 2020-03-10].
 
18.
NextEra Energy. [Online] www.nexteraenergy.com [Accessed: 2019-01-17].
 
19.
Pellow et al. 2020 – Pellow, M.A., Ambrose, H., Mulvaney, D., Betita, R. and Shaw, S. 2020. Research gaps in environmental life cycle assessments of lithium ion batteries for grid-scale stationary energy storage systems: End-of-life options and other issues. Sustainable Energy Technologies and Assessments 2, DOI: 10.1016/j.susmat.2019.e00120.
 
20.
Peters et al. 2017 – Peters, J.F., Baumann, M., Zimmermann, B., Braun, J. and Weil M. 2017. The environmental impact of Li-Ion batteries and the role of key parameters – A review. Renewable & Sustainable Energy Reviews 67, pp. 491–506.
 
21.
Rogowski, W. 2018. Investment effectiveness account (Rachunek efektywności inwestycji). Warszawa: Wydawnictwo Nieoczywiste, 670 pp. (in Polish).
 
22.
Rydh, C.J. and Sanden, B.A. 2005. Energy analysis of batteries in photovoltaic systems – part II: Energy return factors and overall battery efficiencies. Energy Convers Manage 46(11–12), pp. 1980–2000.
 
23.
Siedlecki et al. 2015 – Siedlecki, M., Galant, M., Fuć, P. and Lijewski, P. 2015. The comparison of battery performance in lithium-ion technology for use in electric vehicle drivetrains (Porównanie parametrów użytkowych akumulatorów w technologii litowo-jonowej stosowanych w układach napędowych pojazdów elektrycznych). Logistyka 3, pp. 4340–4349 (in Polish).
 
24.
Sierpińska, M. and Jachna, T. 2000. Company assessment according to global standards (Ocena przedsiębiorstwa według standardów światowych). Warszawa: PWN, 277 pp. (in Polish).
 
25.
Tesla. [Online] https://www.tesla.com/megapack [Accessed: 2019-01-17].
 
26.
Terlouw et al. 2019 – Terlouw, T., AlSkaif, T., Baure, C. and Sark, W. van 2019. Multi-objective optimization of energy arbitrage in community energy storage systems using different battery technologies. Applied Energy 239, pp. 356–372.
 
27.
Trzmiel, G. 2016. Instability problem of a wind energy and energy storage (Problem niestabilności energetyki wiatrowej a magazynowanie energii). Poznań University of Technology Academic Journals: Electrical Engineering No 87, pp. 83–95 (in Polish).
 
28.
Vistra Energy 2018. Vistra Energy to Develop 300-Megawatt Battery Storage Project in California. [Online] https://investor.vistraenergy.... [Accessed: 2019-01--17].
 
29.
World Bank Group 2019. Commodity Markets Outlook. Washington: World Bank [Online] https://openknowledge.worldban... [Accesed: 2019-11-15].
 
ISSN:1429-6675