Evaluating Market-Based Investment in EV Aggregators and Energy Storage. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF (Abdulrahman Aldeek thesis) Abdulrahman_Aldeek_merged_thesis.pdf - Accepted Version Available under License Creative Commons Attribution Non-commercial No Derivatives. Download (2MB) | Preview

Arabic Abstract

يشهد القطاع الكهربائي تطورا متسارعا باتجاه رفع القيود الحكومية عن الاستثمار فيه، مما يفتح باب الاستثمار و المنافسة للعديد من المستثمرين في هذه السوق الجديدة. الفرص الاستثمارية الجديدة قد تكون ذات طبيعة تقنية كأن يتم الاستثمار في انتاج الطاقة او نقلها عبر شبكات الضغط العالي او توزيعها عبر شبكات الضغط المنخفض أو أن يتم الاستثمار في توفير الخدمات المساندة للشبكة. كما أن الفرص الاستثمارية المتاحة قد تكون متعلقة بإدارة السوق أو المحاسبة المالية للمشتركين. ستكون هذه الفرص الاستثمارية متاحة في المستقبل القريب مما يطرح السؤال عن مدى جدواها اقتصاديا خصوصا من قبل المهتمين بالاستثمار في الاسواق الكهربائية و لذلك فإن التقييم الاقتصادي مطلوب لجميع خيارات الاستثمار المتاحة. تشهد نسب مبيعات السيارات الكهربائية تزايدا في جميع انحاء العالم و يمكن تفسيير هذا التزايد بعدة عوامل اقتصادية و بيئية أدت إلى ازدياد الاهتمام من قبل الزبائن. لا تعد السيارات الكهربائية من الاحمال الكهربائية العادية و لذلك لاحتوائها على بطاريات تخزين الطاقة التي يتم شحنها و تفريغها. وجود هذه البطاريات يخلق فرصة اقتصادية تمكن في امكانية التحكم بشحن أسطول من السيارات الكهربائية لتوفير خدمات مساعدة يمكن طرحها في الاسواق الكهربائية كما أن التحكم بشحن بطاريات السيارات الكهربائية خلال أوقات الذورة يخلق منفعة تقنية تساعد مشغل الشبكة الكهربائية على تخفيض الاحمال. مبدأ التحكم في سلوك شحن السيارات الكهربائية للحصول على منافع اقتصادية و تقنية معروف على شكل واسع بإسم مبدأ السيارة-إلى-الشبكة Vehicle-to-Grid (V2G) و مجمعات السيارات الكهربائية هي التطبيق العملي لهذا المبدأ. مبدأ تجميع السيارات الكهربائية ليس بهذه السهولة، مجمعات السيارات تحتاج لجذب و إقناع أصحاب السيارات الكهربائية للمشاركة في أسطول السيارات الكهربائية. كما أن التعامل مع عدد كبير من السيارات الكهربائية يضيف مقدارا من عدم التيقن حول مدى توافر السيارات الكهربائية خلال أي ساعة xxvi ضمن اليوم التشغيلي. الاستثمار في شراء بطاريات مخصصة لتوفير الخدمات المساندة للسوق الكهربائي هو أحد الخيارات الاخرى الممكنة بدلا عن مجمعات السيارات الكهربائية. يعد خيار شراء بطاريات مخصصة لتوفير الخدمات المساندة أسهل بالنسبة للمستثمر لان البطاريات ستكون متوافرة على الدوام و لكنها ستحتاج لمبلغ استثمار ضخم لتوفير قدرات الطاقة و القدرة اللازمة. في هذه الاطروحة، سيتم تقييم الخياريين سوقيا مع أخذ الجوانب التخطيطية في عين الاعتبار. هذه الجوانب التخطيطية مختلفة لكل خيار. يعد سعر شحن السيارات الكهربائية هو الجانب التخطيطي الاساسي في حالة مجمعات السيارات الكهربائية الذي يستوجب الاختيار الامثل أما في حالة الاستثمار في البطاريات المخصصة فأن حجم هذه البطاريات هو الجانب التخطيطي الاساسي الذي يستوجب الاختيار الامثل. تم أخذ العلاقة بين سعر شحن السيارات الكهربائية و نسبة الاقبال على المشاركة في المجمعات الكهربائية في عين الاعتبار عند ايجاد السعر الامثل لشحن السيارات الكهربائية الذي يحقق اعلى الارباح. تمت المفاضلة بين الخياريين على أساس المقارنة بين الارباح التي يحققها الخياران في حال استخدام نفس مبلغ الاستثمار الاساسي و نفس فترة المشروع . تعتمد الارباح السنوية لكل من الخياريين على الجوانب التشغيلية التي يجب اخذها بعين الاعتبار عن طريق ايجاد استراتيجية شحن البطاريات و العرض المثلى في أسواق الخدمات الكهربائية المساندة التي تحقق أعلى الارباح التشغيلية لكلا الخياريين.

English Abstract

The electrical sector is evolving dramatically towards a deregulation market, which opens the door for many participants to invest and compete in this new market. The potential investments could have a technical nature like investing in the fields of power generation, transmission and distribution as well as providing ancillary services. The investments could also have a supporting role that is related to the market management or tariff collection. Such investment opportunities are needed in the very near future which raises the question about their feasibility especially from the possible investors who are interested in this new market. Therefore, market-based evaluations are needed for many new investment options. Electric vehicles (EV) are making an increasing penetration in the automobiles markets around the world. This can be explained by many economical and environmental factors that attract users to adopt them. EVs are not ordinary electrical loads, they are also seen as electrical storage units that could be charged and discharged. This fact shows that there is a financial opportunity in managing the charging profile of an EV fleet in order to provide ancillary services to the electricity market while charge the fleet. It also shows that there is a technical advantage that lies in the possibility of controlling the loads which will help the electric grid operator especially during peak hours where peak xxiv shaving is a priority. The concept of controlling the EV charging behavior in order to gain these financial and technical advantages is widely known as the Vehicle-to-Grid (V2G) concept and EV aggregators is the practical application of V2G. EV aggregation is not straight forward; aggregators need to attract EV owners and convince them to join the fleet. Also, dealing with a great number of EV owners adds a level of uncertainty about their availability at any hour during the operational day. Another possible choice is to invest in dedicated energy storage units that will be used in providing ancillary services to the market. It is a much more convenient option for the investor because the storage units are always available however; it requires significant capital investment in energy and power capacities of the energy storage units. In this thesis, the two possible investment options will be market-based evaluated based on planning aspects. These aspects are different for each investment. The fixed-tariff price is the main planning aspect for the case of EV aggregator while the storage sizing is the planning aspect for the case of using energy storage units. The relationship between the fixed-tariff price and percentage of participation in EV aggregator is taken into account while finding the optimal price where the profits are maximum. The comparison between the two options will be based on the maximum profits when the initial investment cost and the project time span are the same. The yearly profits of both options depend on the operational aspects that must be taken into account. This is done by finding the optimal battery charging and bidding strategy for each case into the ancillary services that will achieve the maximum operational profits.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Engineering Research Research > Engineering Electrical
Department:	College of Engineering and Physics > Electrical Engineering
Committee Advisor:	Al-Awami, Ali T.
Committee Co-Advisor:	Al-Hamouz, Zakariya
Committee Members:	Abido, M. A. and El-Amin, Ibrahim and Al-Muhaini, Mohammad
Depositing User:	ABDULRAHMA AHMAD ALDEEK (g201203320)
Date Deposited:	24 Jun 2015 07:16
Last Modified:	01 Nov 2019 16:30
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/139686