Evaluation of economic profitability using energy storage in context of using renewable energy

• Autorzy: Olczak Piotr , Gucwa Anna

Identyfikatory

DOI

10.33223/epj/182435

Warianty tytułu

PL

Ocena opłacalności ekonomicznej wykorzystania magazynów energii w obliczu wzrostu produkcji energii odnawialnej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Energy storage is an increasingly vital aspect of the energy sector in Poland due to the growing prevalence of renewable energy sources. Its primary goal is to support the uptake of renewable energy in the country’s energy mix. The article presented here analyzes the economic potential of buying and selling electricity on the Intra-Day Market and the Day-Ahead Market of Towarowa Giełda Energii SA (Polish Energy Market: TGE) in terms of energy storage. In four scenarios, energy was either bought and sold on the DAM/IDM or bought on one market and sold on the other to identify the most favorable case. Two four-month periods in 2021 and 2023 were examined. An analysis was carried out on a lithium-ion storage facility that has a two-hour charging cycle for energy storage. A methodology was proposed to identify the two highest and two lowest energy prices for imposing constraints on the purchase and sale times. The time of day when these prices occurred was also analyzed. The annual and periodic profits that can be obtained by purchasing and selling stored energy were calculated. The calculations and analyses facilitated inter-market comparison. Energy storage payback time was computed, and investment profitability was examined. The final section presents conclusions, opportunities, and suggestions for further research in this area.

PL

Magazynowanie energii jest coraz ważniejszym aspektem sektora energetycznego w Polsce ze względu na rosnącą popularność odnawialnych źródeł energii. Jego jednym z głównych celów jest wspieranie wykorzystania energii odnawialnej w miksie energetycznym kraju. W prezentowanym artykule dokonano analizy potencjału ekonomicznego zakupu i sprzedaży energii elektrycznej na Rynku Dnia Bieżącego i Rynku Dnia Następnego Towarowej Giełdy Energii SA (Polski Rynek Energii: TGE) w zakresie magazynowania energii. W czterech scenariuszach energię kupowano i sprzedawano na RDN/IDM lub kupowano na jednym rynku i sprzedawano na drugim, aby określić najkorzystniejszy przypadek. Badano dwa czteromiesięczne okresy w latach 2021 i 2023. Przeprowadzono analizę magazynu litowo-jonowego, który posiada dwugodzinny cykl ładowania w celu magazynowania energii. Zaproponowano metodologię identyfikacji dwóch najwyższych i dwóch najniższych cen energii w celu nałożenia ograniczeń na czas zakupu i sprzedaży. Analizie poddano także porę dnia, w której te ceny występowały. Obliczono roczne i okresowe zyski, które można uzyskać z zakupu i sprzedaży zmagazynowanej energii. Przeprowadzone obliczenia i analizy umożliwiły porównania międzyrynkowe. Obliczono czas zwrotu magazynowania energii oraz zbadano opłacalność inwestycji. W ostatniej części przedstawiono wnioski oraz możliwości i sugestie dalszych badań w tym obszarze. Jak obliczono, najbardziej opłacalnym przypadkiem po uwzględnieniu efektywności ekonomicznej był zakup na RDN i sprzedaż na RDN w części 2023 roku: 18 751,61 [EUR/MWh mocy]. Dla porównania, najwyższą wartość za rok 2021 uzyskano w przypadku sprzedaży i zakupu na IDM, z zyskiem na poziomie 7531,23 [EUR/MWh mocy].

Słowa kluczowe

EN

renewable energy; energy storage; economic evaluation; intraday market; day-ahead market

PL

odnawialna energia; magazynowanie energii; ekonomiczne obliczenia; rynek dnia bieżącego; rynek dnia następnego

• Wydawca: Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN
• Czasopismo: Polityka Energetyczna
• Rocznik: 2024
• Tom: T. 27, z. 2
• Strony: 27--46
• Opis fizyczny: Bibliogr. 25 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Olczak Piotr

• Mineral and Energy Economy Research Institute, Polish Academy of Sciences, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-[phone]

autor

Gucwa Anna

• Mineral and Energy Economy Research Institute, Polish Academy of Sciences, Poland; AGH University of Science and Technology, Poland

Bibliografia

• Al-Shetwi, A.Q., 2022. Sustainable development of renewable energy integrated power sector: Trends, environmental impacts, and recent challenges. Science of The Total Environment 822, DOI: 10.1016/J.SCITOTENV.2022.153645.
• Arbabzadeh et al. 2017 – Arbabzadeh, M., Johnson, J.X. and Keoleian, G.A. 2017. Parameters driving environmental performance of energy storage systems across grid applications. Journal of Energy Storage 12, pp. 11–28, DOI: 10.1016/J.EST.2017.03.011.
• Commercial Battery Storage 2022. [Online] https://atb.nrel.gov/electricity/2022/commercial_battery_storage#QASDZMI6 (Accessed: 2023-08-25].
• Dellano-Paz et al. 2015 – Dellano-Paz, F., Calvo-Silvosa, A., Iglesias Antelo, S. and Soares, I., 2015. The European low-carbon mix for 2030: The role of renewable energy sources in an environmentally and socially efficient approach. Renewable and Sustainable Energy Reviews 48, pp. 49–61, DOI: 10.1016/J.RSER.2015.03.032.
• Dzikuć et al. 2021 – Dzikuć, Maciej, Gorączkowska, J., Piwowar, A., Dzikuć, Maria, Smoleński, R. and Kułyk, P. 2021. The analysis of the innovative potential of the energy sector and low-carbon development: A case study for Poland. Energy Strategy Reviews 38, DOI: 10.1016/j.esr.2021.100769.
• Filipiak et al. 2022 – Filipiak, M., Nawrowski, R., Kurz, D. and Pierzchała, R. 2022. Profitability Analysis of Using a Photovoltaic Installation in Cooperation with an Energy Storage for a Single-Family House (Analiza opłacalności stosowania instalacji fotowoltaicznej we współpracy z magazynem energii dla domu jednorodzinnego). Przegląd Elektrotechniczny 11, DOI: 10.15199/48.2022.11.52 (in Polish).
• Koval et al. 2022 – Koval, V., Borodina, O., Lomachynska, I., Olczak, P., Mumladze, A. and Matuszewska, D. 2022. Model Analysis of Eco-Innovation for National Decarbonisation Transition in Integrated European Energy System. Energies 15(9), DOI: 10.3390/en15093306.
• Lepszy, S. 2020. Analysis of the storage capacity and charging and discharging power in energy storage systems based on historical data on the day-ahead energy market in Poland. Energy 213, DOI: 10.1016/J.ENERGY.2020.118815.
• Lin et al. 2016 – Lin, Y., Johnson, J.X. and Mathieu, J.L. 2016. Emissions impacts of using energy storage for power system reserves. Applied Energy 168, pp. 444–456, DOI: 10.1016/J.APENERGY.2016.01.061.
• Olczak, P. and Matuszewska, D. 2023. Energy Storage Potential Needed at the National Grid Scale (Poland) in Order to Stabilize Daily Electricity Production from Fossil Fuels and Nuclear Power. Energies 16(16), DOI: 10.3390/EN16166054.
• PSE 2023a. Intraday-Trading (Rynek Dnia Bieżącego). Polskie Sieci Elektroenergetyczne. [Online] https:// www.pse.pl/obszary-dzialalnosci/wymiana-miedzysystemowa/rynek-dnia-biezacego [Accessed: 2023- 08-16] (in Polish).
• PSE 2023b. Day-Ahead-Trading (Rynek Dnia Następnego). Polskie Sieci Elektroenergetyczne. [Online]https://www.pse.pl/obszary-dzialalnosci/wymiana-miedzysystemowa/rynek-dnia-nastepnego [Accessed: 2023-08-16] (in Polish).
• Rogacz, A. 2023a. What is electricity trading on the Intraday Market? (Czym jest obrót energią elektryczną na Rynku Dnia Bieżącego?) [Online] https://www.next-kraftwerke.pl/leksykon/obrot-energia-na-rynku-dnia-biezacego-intraday-trading [Accessed: 2023-08-16] (in Polish).
• Rogacz, A. 2023b. What is electricity trading on the Day Ahead Market? (Czym jest obrót energią elektryczną na Rynku Dnia Następnego?) [Online] https://www.next-kraftwerke.pl/leksykon/obrot-energia-na-rynku-dnia-nastepnego-day-ahead-trading [Accessed: 2023-08-16].
• Rokicki et al. 2022 – Rokicki, T., Koszela, G., Ochnio, L., Perkowska, A., Bórawski, P., Bełdycka -Bórawska, A., Gradziuk, B., Gradziuk, P., Agnieszka, S., Szeberényi, A. and Dzikuć, M. 2022. Changes in the production of energy from renewable sources in the countries of Central and Eastern Europe. Frontiers in Energy Research 10, DOI: 10.3389/fenrg.2022.993547.
• Ross et al. 2023 – Ross, K., Matuszewska, D. and Olczak, P. 2023. Analysis of Using Hybrid 1 MWp PV-Farm with Energy Storage in Poland. Energies 16(22), DOI: 10.3390/en16227654.
• Sanfélix et al. 2015 – Sanfélix, J., Messagie, M., Omar, N., Van Mierlo, J. and Hennige, V. 2015. Environmental performance of advanced hybrid energy storage systems for electric vehicle applications. Applied Energy 137, pp. 925–930, DOI: 10.1016/J.APENERGY.2014.07.012.
• Stecuła, K., 2017. Renewable energy sources as an opportunity for global economic development. Conference: 17th International Multidisciplinary Scientific GeoConference SGEM2017, DOI: 10.5593/sgem2017H/43/S29.094.
• Stecuła, K. and Brodny, J. 2017. Perspectives on renewable energy development as alternative to conventional energy in Poland. [In:] 17th International Multidisciplinary Scientific GeoConference Surveying Geology and Mining Ecology Management, SGEM, pp. 717–724, DOI: 10.5593/sgem2017H/43/S29.090.
• Terlikowski, P. and Galińska, J. 2022. Profitability assessment of connecting renewable energy micro -installations in a public utility building in technical and organizational terms (Ocena opłacalności przyłączania mikroinstalacji OZE w budynku użyteczności publicznej w ujęciu technicznym i organizacyjnym). Przeglad Elektrotechniczny 98(10), p. 15, DOI: 10.15199/48.2022.10.03 (in Polish).
• TGE – TGE 2023. [Online] https://tge.pl/o-tge [Accessed: 2023-07-08].
• TGE – SIDC Intraday Market (XBID) 2023 (Rynek Dnia Bieżącego SIDC (XBID) 2023). [Online] https:// tge.pl/energia-elektryczna-rdb [Accessed: 2023-08-16] (in Polish).
• TGE – Day Ahead Market 2023 (Rynek Dnia Następnego 2023). [Online] https://tge.pl/energia-elektryczna-rdn [Accessed: 2023-08-16] (in Polish).
• Verzijlbergh et al. 2017 – Verzijlbergh, R.A., De Vries, L.J., Dijkema, G.P.J. and Herder, P.M. 2017. Institutional challenges caused by the integration of renewable energy sources in the European electricity sector. Renewable and Sustainable Energy Reviews 75, pp. 660–667, DOI: 10.1016/J.RSER.2016.11.039.
• Wojtkowska-Łodej, G. 2016. Towards building low-carbon economy in the European Union – actions in the area of energy and climate (W kierunku budowania gospodarki niskoemisyjnej w Unii Europejskiej – działania w obszarze energii i klimatu). Prace Naukowe Uniwersytetu Ekonomicznego we Wrocławiu 453, pp. 300–311, DOI: 10.15611/pn.2016.453.26 (in Polish).