The economics of electricity grid defection. A case study

Abstract

The electric power system is beginning to change thanks the rising of distributed energy resources (DERs) such as small fuel generators, electricity storage systems, small wind, combined heat and power plants and solar photovoltaic (PV). DER technological improvements and policy incentives are enabling the emergence of new grid configuration trends for the enduser. The ability to store the energy produced by power generation systems is improving every day, thanks to innovations driven by the automotive industry on electric vehicles (EVs). Ramp up in production capacity for electric vehicles has driven down the cost of large‐scale battery storage for power. Additionally, the cost of photovoltaic panels has fallen substantially in recent years. This is increasing the social and economic acceptance of these new grid configuration options. This thesis focuses on two of these new customer usage trends: grid integrated and grid defection. Grid integrated enables customers to install PV systems that export power to the utility grid. In grid defection, consumers fully depend on their on‐site power generation, using storage and a power management system to provide power to the home when needed. The methodology is implemented in the Distributed Energy Resources Customer Adoption Model (DER‐CAM), and a case study is performed on solar PV and electricity storage system for rigorous assessment of the economic feasibility of leaving the grid on three representative Spain geographies (Córdoba, Guadalajara and Oviedo). Sensitivity analyses are carried out over important parameters such as DER capital costs, electricity export option to the grid, interest rate and rooftop PV available space. This thesis concludes and presents the findings of the analysis and provides a guide to future research.

Los sistemas de energía eléctricos están empezando a cambiar gracias al auge de los sistemas de recursos energéticos distribuidos (DER), tales como pequeños generadores diesel, sistemas de almacenamiento de energía, plantas de cogeneración y plantas fotovoltaicas. Las mejoras tecnológicas en estos sistemas junto a unas políticas de incentivos están posibilitando la aparición de nuevas tendencias de configuraciones de red para los usuarios finales. La habilidad para almacenar la energía producida por sistemas solares mejora cada día gracias a las innovaciones en la industria de la automoción sobre los vehículos eléctricos (EVs). El aumento en la capacidad de producción de vehículos eléctricos ha hecho bajar el coste en la producción a gran escala de baterías de almacenamiento de energía. Además, el coste de los paneles fotovoltaicos ha disminuido sustancialmente en los últimos años. Esto está incrementando la aceptación social y económica de estas nuevas opciones.Esta tesis se centra en dos de estas nuevas tendencias: la integración con la red y estar totalmente aislado de la red eléctrica. La integración con la red permite a los consumidores la instalación de un sistema fotovoltaico y exportar los excesos de energía a la red de suministro. Aislados de la red eléctrica, los consumidores dependen completamente de la generación de energía in situ, usando un sistema de almacenamiento y de gestión de energía para suministrar energía a la casa cuando sea necesario. La metodología es implementada mediante un modelo en DER‐CAM y se realiza un caso de estudio sobre un sistema fotovoltaico y de almacenamiento para una evaluación rigurosa de la viabilidad económica de abandonar la red en tres zonas geográficas representativas de España (Córdoba, Guadalajara y Oviedo). Un análisis de sensibilidad es llevado a cabo sobre importantes parámetros tales como los costes de capital de las tecnologías DERs, la posibilidad o no de exportar electricidad en la red, el tipo de interés y el área disponible para la instalación fotovoltaica. Por último, esta tesis concluye y presenta los resultados del análisis, introduciendo algunas posibles directrices para futuras investigaciones.