34
Sreeram Bhargav Dhurjati Master of Engineering Management Candidate Duke University | Pratt School of Engineering [email protected] | 919.949.1560 https://www.linkedin.com/in/sreerambhargav Conquering the Empire State A Roadmap to Capture New York’s Lucrative Energy Storage Business

Conquering the Empire State

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Conquering the Empire State

 

   

TESLA ENERGY 

Conquering the Empire State A roadmap to capture the lucrative energy storage business within the state of New York 

 

Sreeram Bhargav Dhurjati Master of Engineering Management Candidate Duke University | Pratt School of Engineering [email protected] | 919.949.1560 https://www.linkedin.com/in/sreerambhargav 

 Conquering the Empire State 

A Roadmap to Capture New York’s Lucrative Energy Storage Business  

Page 2: Conquering the Empire State

 

Page 1 of 33  

Contents Executive Summary .......................................................................................................................................................... 2 

Chapter 01: Introduction to NYISO Electricity Markets .................................................................................................. 3 

1.  New York Independent System Operator Electricity Market ............................................................................. 4 

Chapter 02: Reforming the Energy Vision (REV) Initiative .............................................................................................. 5 

2.  About the REV Initiative ....................................................................................................................................... 6 

Chapter 03: Value Proposition for an Energy Storage System ........................................................................................ 8 

3.  What services can batteries provide to the electricity grid? .............................................................................. 9 

Chapter 04: Potential Opportunities for Tesla within New York State ........................................................................ 10 

4.  Potential Opportunities for Tesla within New York State ................................................................................ 11 

4.1.  ISO/RTO Services: Targeting NYISO ........................................................................................................... 11 

4.1.1.  Energy Arbitrage ................................................................................................................................. 11 

4.1.2.  Frequency Regulation ......................................................................................................................... 14 

4.1.3.  Spin/Non‐Spin Reserves ..................................................................................................................... 15 

4.1.4.  Voltage Support .................................................................................................................................. 16 

4.1.5.  Black Start ........................................................................................................................................... 16 

4.2.  Utility Services ............................................................................................................................................ 17 

4.2.1.  Resource Adequacy and Distribution Deferral .................................................................................. 17 

4.2.2.  Transmission Congestion Relief ......................................................................................................... 18 

4.2.3.  Transmission Deferral ........................................................................................................................ 19 

4.3.  Customer Services ...................................................................................................................................... 20 

4.3.1.  Time‐of‐Use Bill Management and Demand Charge Reduction ....................................................... 22 

4.3.2.  Increased PV Self‐Consumption ......................................................................................................... 25 

4.3.3.  Backup Power ..................................................................................................................................... 25 

Chapter 05: Product Mapping ........................................................................................................................................ 26 

5.  Mapping Tesla’s Powerwall and Powerpack Offerings with 13 fundamental electricity services .............. 27 

5.1.  Tesla Powerwall ...................................................................................................................................... 27 

5.2.  Tesla Powerpack ..................................................................................................................................... 27 

Chapter 06: Recommendations ..................................................................................................................................... 30 

6.  New York Battery and Energy Storage Technology Consortium (NY‐BEST) ................................................. 31 

6.1.  About NY‐BEST ........................................................................................................................................ 31 

6.2.  NY‐BEST Energy Storage Roadmap for NY Electric Grid 2016 ............................................................... 31 

About the Author ........................................................................................................................................................... 33 

Page 3: Conquering the Empire State

 

Page 2 of 33  

 

Executive Summary Tesla’s CEO Mr. Elon Musk once said “The world does not lack for automobile companies, the world lacks for 

sustainable energy companies”. Subsequently Mr. Musk announced plans to sell batteries for homes and 

industrial energy storage. With the  impending Solar City merger, Mr. Musk has given birth to an enticing 

vision of clean energy vertical integration. In future it will be possible for a person to walk into a store, buy 

rooftop solar panels which will turn sunlight into electricity, a swanky car to use that electricity and a battery 

to store whatever energy is left. “Tesla as a whole is building the model of an energy company of future” said 

Mr. Matt Roberts, executive director of the Energy Storage Association, an industry trade group.  

USA seeks to regain leadership in clean energy adoption after more than a decade of ceding the pole position 

to Europe. Unfortunately, most of the renewable energy technologies do not follow the traditional demand 

supply cycle and are unable to meet the grid’s demand when needed. So if USA seeks to improve its pace of 

clean energy adoption and meet its electricity demand, it needs to figure out a way to store energy. Using 

PV panels and its energy storage solutions, Tesla can fulfil USA’s needs. 

The rise of energy storage industry in USA is attributed to falling costs and increasingly favorable markets 

and policy. Last month, Massachusetts became the third state in the USA to pass energy storage procurement 

goals and California is pursuing a goal of 1.325GW of energy storage by 2020 for its public utilities. One of 

the many progressive states in USA, New York is attempting to rebuild, strengthen and modernize its energy 

system while bringing in economic growth. Under its Reforming the Energy Vision initiative, it aims to create 

a  cleaner,  more  affordable,  more  modern  and  more  efficient  energy  system  through  the  increased 

development  of  distributed  energy  resources.  The  initiative  includes  aggressive  targets  of  reducing 

greenhouse gas emissions by 40% from 1990 levels, obtaining 50% of the state’s generation from renewable 

sources, and reducing the energy consumption of buildings by 23%, all by 2030. To achieve its targets, it is 

estimated that it will require as much as 4 GW of storage by 20301 to balance the increased penetration of 

intermittent renewable energy generation.  

Tesla with a fully integrated suite of PV Panels and energy storage solutions can take advantage of the above 

developments and offer as much as 13 fundamental electricity services for three major stakeholder groups 

(ISO/RTO, Utility  and Customers) within  the New  York  state.  Its  proposed  integrated  PV manufacturing 

facility at Buffalo, New York can cater to the increasing demand for roof top PV panels. Its energy storage 

solutions  Powerpack  and  Powerwall  can  offer  key  grid/residential  energy  storage  applications  such  as 

shaping and balancing load, improving resiliency and reliability, and deferring T&D investments. This report 

aims to provide a detailed analysis of all the available opportunities across the 13 fundamental electricity 

services aimed towards the three major stakeholder groups. The report also proposes a timeline of actions 

which Tesla can adopt to penetrate and gain market share within New York’s electricity market. 

                                                            1 NY‐BEST: Energy Storage Roadmap for NY Electricity Grid, 2016 

Page 4: Conquering the Empire State

 

Page 3 of 33  

 

Chapter 01: Introduction to NYISO Electricity Markets 

Page 5: Conquering the Empire State

INTRODUCTION: NEW YORK INDEPENDENT SYSTEM OPERATOR ELECTRICITY MARKET  

Page 4 of 33  

1. New York Independent System Operator Electricity Market The New York Independent System Operator (NYISO) operates competitive wholesale markets to manage 

the flow of electricity across New York—from the power producers who generate it to the local utilities that 

deliver it to residents and businesses.2 

NYISO can be broadly classified into 11 zones (Figure 1) mostly controlled by 6 investor owned utilities. The 

NYISO monitors a network of 10,892 miles of high‐voltage transmission lines and serves approximately 400 

market participants3. In February 2007, the Federal Energy Regulatory Commission (FERC) sought to reduce 

barriers to the inclusion of alternative power suppliers in electricity markets.4 The NYISO, consistent with the 

FERC’s  guidance,  is working with  alternative  suppliers  to  facilitate  their  integration  into  the New  York 

electricity  market.  In  2009,  the  NYISO,  working  with  stakeholders  via  its  shared  governance  process, 

developed new market rules and related market software that specifically supported the  integration of a 

class of  resources  known  as  Limited Energy  Storage Resources or  “LESRs.”5  LESRs  act  as a  consumer of 

electricity (an electrical load) when they store energy delivered by the electric grid. When they later release 

that  stored  energy,  they  act  as  a  supplier  of  electricity6.  Energy  storage  is  classified  as  a  LESR  and  the 

opportunities that exists for it to play a prominent role within the NYISO market are discussed in subsequent 

sections. 

 

Figure 1: New York Control Area Load Zone

                                                            2 https://home.nyiso.com/ 3 https://www.ferc.gov/industries/electric/indus‐act/rto/metrics/nyiso‐rto‐metrics.pdf 4 FERC Order No. 890 5 FERC Order Accepting Tariff Revision; Docket Nos. ER09‐836‐000 and ER09‐836‐001; May 15, 2009 6 NYISO: Energy Storage in the New York Electricity Market 

Page 6: Conquering the Empire State

 

Page 5 of 33  

 

Chapter 02: Reforming the Energy Vision (REV) Initiative 

Page 7: Conquering the Empire State

INTRODUCTION: NEW YORK’s REFORMING THE ENERGY VISION INITIATIVE  

Page 6 of 33  

2. About the REV Initiative In the aftermath of Super‐storm Sandy, Governor Cuomo sought to rebuild, strengthen, and modernize New 

York’s energy system while bringing economic growth to New York. His strategic vision gave birth to the 

Reforming the Energy Vision initiative (REV).  

"Reforming the Energy Vision"  (REV)  is a major decision‐making process underway now to transform the 

retail electricity market and overhaul New York's energy efficiency and  renewable energy programs. The 

stated goal of the proceeding is to create a cleaner, more affordable, more modern and more efficient energy 

system in New York, through the increased development of distributed energy resources, like rooftop solar, 

energy efficiency, and battery storage. 

Energy storage has a major role to play in the transformation of New York’s electric grid and in achieving the 

goals of REV. Energy storage is already a cost‐effective solution for many applications on the grid and it will 

be  essential  for meeting  the  State’s  renewable  energy  goals. However,  in order  for  the  energy  storage 

industry to achieve its full potential to fundamentally change the nature of the State’s electricity system, it 

must overcome a number of obstacles.  

The Energy Storage Roadmap released by New York Battery and Energy Storage Technology Consortium in 

2016 lists the following as some of the major obstacles for the growth of energy storage market within New 

York: 

1. Inability to participate in existing markets: The capacity threshold for resources to participate in the 

PJM frequency regulation market is 100 kW; on the other hand, NYISO requires 1 MW systems.  

 

2. High soft costs: Soft costs can account for as much as two‐thirds of the total installed cost of storage 

systems. Many of these costs are driven by the geographic location where storage is deployed and 

can only be  addressed  locally.  Furthermore, with hardware  costs dropping by 8‐10%  a  year,  the 

impact of soft costs has been growing. 

 

3. Lack of standardized safety procedures and regulations: The current New York City fire code does not 

address the use of stationary battery systems for energy management activities in buildings. It does 

address the use of five types of batteries (non‐recombinant, recombinant (vented and sealed  lead 

acid, primarily), nickel  cadmium,  lithium  ion and  lithium metal polymer) but only when used  for 

“facility  standby  power,  emergency  power  or  uninterrupted  power  supplies”.  Because  energy 

management  is not a prescribed use  in  the  current  code, all  stationary battery  systems must be 

submitted  for approval to the Fire Department of New York and to New York City Department of 

Buildings Office of Technology Certification and Research (OTCR). At present, every installation must 

apply on  a  site‐by‐site basis. This process  adds  significant delay  and expense  in attempts  to  site 

stationary storage projects — typically requiring multiple meetings, information exchanges, in‐person 

discussions over a period of months that can exceed a year. 

 

Page 8: Conquering the Empire State

INTRODUCTION: NEW YORK’s REFORMING THE ENERGY VISION INITIATIVE  

Page 7 of 33  

4. Inability  to monetize  the  full  value of  storage:  There  are  still multiple DER benefits  that  are not 

recognized or monetized through these programs. These benefits may include services to the local 

distribution  system  (such  as  for  upgrade  deferrals  and  voltage/VAR  support)  or  a  number  of 

environmental or other public policy benefits. 

 

5. Lack  of  common  financing  vehicles:  There  is  a  lack  of  standardized  and  transparent  processes, 

procedures and associated documentation that help  investors reduce perceived risks and  increase 

the  likelihood  of  high  rewards.  The  development  of  third‐party  financing,  solar  leasing,  power 

purchase agreements, and other financial vehicles has played a huge role in the explosive growth of 

the  PV  industry.  Loan  guarantees,  manufacturing  incentives,  investment  tax  credits,  and  tax 

exemptions have all helped  to create an active  financing market  for  solar power. Energy  storage 

technology  must  develop  a  similarly  robust  financing  market  in  order  to  achieve  widespread 

commercial adoption. 

REV aspires to address these issues and create pathways for DERs such as energy storage to gain space 

within the electricity market.  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 9: Conquering the Empire State

  

Page 8 of 33  

Chapter 03: Value Proposition for an Energy Storage System    

Page 10: Conquering the Empire State

VALUE PROPOSITION FOR A BATTERY STORAGE SYSTEM  

Page 9 of 33  

3. What services can batteries provide to the electricity grid? The Rocky Mountain Institute in its report “The Economics of Battery Storage” states that energy storage can 

provide  thirteen  fundamental  electricity  services  for  three major  stakeholder  groups  (Figure  2)  when 

deployed at a customer’s premises (behind the meter).7 

Key stakeholders are: 

1. ISO/RTO services 

2. Utility services 

3. Customer services 

 

Figure 2: Batteries can provide up to 13 services to three stakeholders8

                                                            7 The Economics of Battery Energy Storage, Rocky Mountain Institute: www.rmi.org/electricity_battery_value 8 http://www.rmi.org/electricity_battery_value  

Page 11: Conquering the Empire State

 

Page 10 of 33  

Chapter 04: Potential Opportunities for Tesla within New York 

State  

Page 12: Conquering the Empire State

POTENTIAL OPPORTUNITIES FOR TESLA WITHIN NEW YORK STATE  

Page 11 of 33  

4. Potential Opportunities for Tesla within New York State  

4.1. ISO/RTO Services: Targeting NYISO 

4.1.1. Energy Arbitrage 

Currently New York uses  its pumped storage facilities for energy arbitrage. A pumped storage facility  is a 

hydropower generating facility that stores water as potential energy during off‐peak hours for later use when 

demand is higher.  

Pumped storage  facilities actually consume more electricity  than  they generate on a net basis, so unlike 

conventional hydropower there  is a short‐run cost to storage. The value (in terms of both economics and 

reliability) of pumped storage resources is derived from their ability to deliver power when it is needed the 

most. When the cost of pumping is less than the price differential between on and off‐peak pumped storage 

facilities can effectively arbitrage these prices by purchasing power off‐peak and selling the power at peak. 

The  vast majority  of  power  generated  from  pumped  storage  resources  in  New  York  comes  from  the 

Blenheim‐Gilboa facility. Owned by the New York Power Authority (NYPA), Blenheim‐Gilboa is located in the 

Catskill Mountains west of Albany, NY. The facility is the fifth largest in the U.S. on a capacity basis and has 

four generating units that have a combined nameplate capacity of 1,116 MW. New York State’s other major 

pumped storage facility is the Lewiston Pump‐Generating Plant, also owned and operated by NYPA. With a 

nameplate capacity of 240 MW, the Lewiston plant is part of the Niagara Power Project complex near Niagara 

Falls, which  includes a reservoir that allows the conventional portion of the power project to store some 

energy as well. 

Within New York State, pumped storage accounted for 4% of capacity (Figure 3) and 1.1% (Figure 4) of all 

generation output in 2015. The pumped storage portfolio in New York is not expected to expand significantly 

during the near term due to a lack of sites where pumped storage facilities can be economically constructed.9 

Additionally, most  of  the  pumped  storage  facilities  are  located  upstate  (Figure  5) whereas most  of  the 

demand fluctuations take place in the downstate (Figure 6).   

Using Tesla’s Powerpack energy storage systems, NYISO can augment its storage resources and also obtain 

the flexibility to locate these resources near the demand centers. 

 

                                                            9 NYISO: Energy Storage in the New York Electricity Market 

Page 13: Conquering the Empire State

POTENTIAL OPPORTUNITIES FOR TESLA WITHIN NEW YORK STATE  

Page 12 of 33  

 

Figure 3: Generation Capacity in New York State by Fuel Source ‐ Statewide, Upstate New York and Downstate New York: 201610 

 

Figure 4: Electric Energy Production in New York State by Fuel Source ‐ Statewide, Upstate New York and Downstate New York: 201511 

 

 

                                                            10 NYISO: Power Trends 2016 11 NYISO: Power Trends 2016 

Page 14: Conquering the Empire State

POTENTIAL OPPORTUNITIES FOR TESLA WITHIN NEW YORK STATE  

Page 13 of 33  

 

 

Figure 5: Generating capacity comparison between Upstate and Downstate New York12 

 

Figure 6: Regional Usage and Production in New York State13 

                                                            12 NYISO: Power Trends 2016 13 NYISO: Power Trends 2016 

Page 15: Conquering the Empire State

POTENTIAL OPPORTUNITIES FOR TESLA WITHIN NEW YORK STATE  

Page 14 of 33  

4.1.2. Frequency Regulation 

The Federal Energy Regulatory Commission (FERC) Orders 755 and 784 relate to equitable compensation in 

the ancillary services markets. It created new compensation rules for frequency regulation and recognizes 

the value of speed and accuracy.  

It also created two‐part payment (Figure 7): 

 

Figure 7: Two‐part payment14 

In 2009, the NYISO became the first grid operator in the nation to establish market rules for a new category 

of energy storage resources, which provide frequency regulation service to balance supply and demand on 

the grid. Under the new rules, a Limited Energy Storage Resource (LESR)  is allowed to offer services on a 

comparable basis while continuing to schedule resources to satisfy all reliability criteria. 

Limited Energy Storage Resource  (LESR):  It’s a generator authorized  to offer Regulation Service only and 

characterized by  limited energy storage, that  is, the inability to sustain continuous operation at maximum 

energy withdrawal or maximum energy injection for a minimum period of one hour.15 

Key points: 

1. NYISO does 5 minute State of Charge management which results  in “effective capacity”  less  than 

nameplate. 

                                                            14 http://www.cesa.org/assets/Uploads/Webinar‐Slides‐9.30.15.pdf 15 http://www.nyiso.com/public/webdocs/markets_operations/committees/bic_prlwg/meeting_materials/2009‐04‐27/LESR_PRLWG_Presentation.pdf 

Page 16: Conquering the Empire State

POTENTIAL OPPORTUNITIES FOR TESLA WITHIN NEW YORK STATE  

Page 15 of 33  

2. It settles net energy at wholesale nodal price; excluded from station power charges. 

3. The minimum regulation resource size is 1 MW.16 

Tesla’s Powerpack systems which can augment storage capacity on excess of 1MWh can be pitched as a 

replacement  to  traditional gas  fired  turbines  to NYISO  for  frequency  regulation services. The service will 

assume a lot of importance in future as more and more renewable energy generation is integrated within 

the New York state electricity grid.    

4.1.3. Spin/Non‐Spin Reserves  

Spinning reserve is the generation capacity that is online and able to serve load immediately in response to 

an  unexpected  contingency  event,  such  as  an  unplanned  generation  outage.  Non‐spinning  reserve  is 

generation capacity that can respond to contingency events within a short period, typically  less than ten 

minutes, but is not instantaneously available.17 

The NYISO Generator Deactivation Assessment released on 21st March, 2016 indicates that approximately 

2400 MW of summer capability is being deactivated during 2016‐2018 period (Figure 8).  

 

Figure 8: Capacity Resources ‐ Deactivations: 2016‐201818 

Notably, the fast responsive gas turbines situated in Zone J and possessing a combined generation capability 

of 144.6 MW are being deactivated. It may lead to supply/demand gap and dearth of spinning/non spinning 

reserves within Zone J. Tesla’s Powerpack energy storage systems can definitely fill those capability gaps. 

                                                            16 http://www.cesa.org/assets/Uploads/Webinar‐Slides‐9.30.15.pdf 17 The Economics of Battery Energy Storage, Rocky Mountain Institute: www.rmi.org/electricity_battery_value 18 NYISO: Power Trends 2016 

Page 17: Conquering the Empire State

POTENTIAL OPPORTUNITIES FOR TESLA WITHIN NEW YORK STATE  

Page 16 of 33  

4.1.4. Voltage Support 

The voltage on the transmission and distribution system must be maintained within an acceptable range to 

ensure that both real and reactive power production are matched with demand.  

NYISO incentivizes reactive power service to those Voltage Support Suppliers (VSS) who meet the following 

criteria. Each resource must: 

1. Have Automatic Voltage Regulator (AVR) 

2. Successfully perform MVAr capability testing 

a. Production ‐ Lag Var 

b. Absorption ‐ Lead Var 

3. Maintain specific voltage level as directed by NYISO/Transmission Operators 

By meeting  the  above  requirements,  Tesla’s  energy  storage  systems  can  unlock  an  additional  revenue 

stream. As of now VSS Suppliers Receive Weekly Payments based on an Annual Rate of $2,592/MVAr.19 

4.1.5. Black Start 

Black start capability represents the key Generators that, following a system‐wide blackout, can start without 

the availability of an outside electric supply and are available to participate in system restoration activities 

that are under the control of the NYISO or, in some cases, under local Transmission Owner Control. If a partial 

or system‐wide blackout occurs, these units assist in the restoration of the New York Control Area (NYCA).20 

NYISO develops and reviews black start restoration plan, identifies generating units in critical areas, manages 

and deploys black  start  service and  seeks new bids as needed. Payments are made against participant’s 

annual submitted cost which is its O&M and personnel expense. 

Daily Black Start Payment Calculated as Follows:  

1. Statewide & Local = Annual Cost $ / # Days in Previous Yr. May 1st to April 30th  

2. For Con Ed Providers = Annual Compensation $ + Cost $ / # Days in Previous Yr. May 1st to April 30th21 

Tesla can pitch its Powerpack energy storage systems as an alternative to traditional generators possessing 

black start capabilities. The current technologies require high capital investments and take time to restore 

themselves during a black start. A typical energy storage system such as the Powerpack possess the capability 

to come online immediately and it requires considerably less capital expenditure. 

 

 

                                                            19www.nyiso.com/public/webdocs/markets_operations/services/market_training/workshops_courses/Training_Course_Materials/NYMOC‐Houston‐%20Oct%204‐6/6_Ancillary%20Services.pdf 20 http://www.nyiso.com/public/webdocs/markets_operations/committees/bic_miwg/meeting_materials/2009‐10‐26/Anc_Svcs_Manual_Black_Start_Change.pdf 21www.nyiso.com/public/webdocs/markets_operations/services/market_training/workshops_courses/Training_Course_Materials/NYMOC‐Houston‐%20Oct%204‐6/6_Ancillary%20Services.pdf 

Page 18: Conquering the Empire State

POTENTIAL OPPORTUNITIES FOR TESLA WITHIN NEW YORK STATE  

Page 17 of 33  

4.2. Utility Services 

4.2.1. Resource Adequacy and Distribution Deferral 

Instead of investing in new natural gas combustion turbines to meet generation requirements during peak 

electricity consumption hours, utilities can use Tesla’s Powerpack energy storage systems to incrementally 

defer or reduce the new generation capacity and minimize capital expenditures. 

Notable development: Brooklyn Queens Demand Management  (BQDM) project  is among  the most well‐

known of utility non‐wire alternative projects. It is also one of Con Edison's demonstration projects under 

New York's Reforming the Energy Vision initiative. Through a combination of 52 MW of demand reductions 

and  17 MW of  distributed  resource  investments, Con  Edison  plans  to  defer  the need  for  a  $1.2  billion 

substation upgrade22. Recently, Demand Energy, an  intelligent energy storage systems company won Con 

Edison’s  first‐ever auction to provide critical  load relief on peak power days  in New York City.  It plans to 

install multiple megawatts of energy storage  in Brooklyn and Queens and plans  to start  its operation by 

2017.23 

 

Figure 9: Anticipated BQDM 2018 Portfolio, during a design peak summer day24 

 

 

                                                            22 http://www.utilitydive.com/news/coned‐awards‐22‐mw‐of‐demand‐response‐contracts‐in‐brooklyn‐queens‐project/424034/ 23 http://www.demand‐energy.com/pressroom/latest/198‐demand‐energy‐wins‐in‐first‐ever‐con‐edison‐auction‐for‐load‐reduction‐in‐new‐york‐city 24 https://www.coned.com/energyefficiency/pdf/BQDM‐program‐update‐briefing‐08‐27‐2015‐final.pdf 

Page 19: Conquering the Empire State

POTENTIAL OPPORTUNITIES FOR TESLA WITHIN NEW YORK STATE  

Page 18 of 33  

4.2.2. Transmission Congestion Relief 

NYISO’s markets are designed to use the  lowest cost power available to reliably serve demand. However, 

physical  transmission  constraints  limit  the  economically‐efficient  dispatch  of  electricity  and  can  cause 

“congestion” on the system. NYISO charges utilities to use congested transmission corridors during certain 

times of  the day. Tesla’s Powerpack energy  storage  systems can be deployed downstream of congested 

transmission corridors to discharge during congested periods and minimize congestion in the transmission 

system.25  

The 2015 Congestion Assessment and Resource Integration Study conducted by NYISO identified all or parts 

of  the high‐voltage  transmission path  from Oneida County  through  the Capital Region  (Central East) and 

south to the Lower Hudson Valley (New Scotland – Pleasant Valley), as well as the 230‐kV system in Western 

New York (Western 230kV) 26 (Figure 10). 

 

Figure 10: Transmission Congestion Corridors in New York State27 

 

 

                                                            25 The Economics of Battery Energy Storage, Rocky Mountain Institute: www.rmi.org/electricity_battery_value 26 NYISO: Power Trends 2016 27 NYISO: Power Trends 2016 

Page 20: Conquering the Empire State

POTENTIAL OPPORTUNITIES FOR TESLA WITHIN NEW YORK STATE  

Page 19 of 33  

4.2.3. Transmission Deferral 

Over 80 percent of New York’s high‐voltage transmission lines went into service before 1980 (Figure 11). Of 

the  state’s more  than  11,000  circuit‐miles  of  transmission  lines,  nearly  4,700  circuit‐miles will  require 

replacement within the next 30 years, at an estimated cost of $25 billion.28 

Tesla’s Powerpack energy storage system can delay, reduce the size of, or entirely avoid utility investments 

in transmission system upgrades necessary to meet projected load growth on specific regions of the grid.  

 

Figure 11: Age of New York Transmission Facilities by Percentage of Circuit Mile29 

 

 

 

 

 

 

 

                                                            28 New York’s State Transmission Assessment and Reliability Study Phase II Study Report, STARS Technical Working Group, March 30, 2012.  29 NYISO: Power Trends 2016 

Page 21: Conquering the Empire State

POTENTIAL OPPORTUNITIES FOR TESLA WITHIN NEW YORK STATE  

Page 20 of 33  

4.3. Customer Services 

New York State Energy Research and Development Authority (NYSERDA) conducted a Technical and Market 

Assessment  of  behind‐the‐meter  battery  storage.  It  concluded  that  electricity  rates  and  the  Demand 

Response programs available to the customers both in terms of service territory and rate structure play a 

major role in realizing value from a battery storage project at customer’s end (behind‐the‐meter). The study 

suggested that for a battery storage project to make an economic sense, the customer’s site should: 

1. Be  located  in Con Edison territory: Con Edison’s demand charge rates are significantly higher than 

those in the rest of New York. During the summer, Con Edison’s demand charges are almost seven 

times as much as those in the Albany area for National Grid customers. 

 

2. Be a  low‐tension service customer and have access to the Standby Service and Hourly Pricing rate 

structures: Facilities with  low tension service pay higher demand charges, so peak clipping can be 

more lucrative. The vast majority of facilities receive low tension service, though industrial facilities 

are occasionally the recipient of high tension service. 

 

3. Experience  spikes  in  load  that  are  intermittent,  short  in  duration  (ideally  less  than  2  hours  in 

aggregate duration), and large enough30 to be worth the effort of following through on the project. 

The assessment suggested that as a rule‐of‐thumb, an appropriate load shape will be associated with 

demand charges that are greater than 50% of the total electric utility bill. 

 

4. Have space sufficiently large and safe enough to accommodate the necessary battery.31 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                            30 In outdoor settings, customers have followed through on projects as small as 8 kW. In indoor settings, where the installation is more disruptive and costly, vendors suggest that a project must be at least 100 kW to be worth the trouble. 31 Behind‐the‐Meter Battery Storage: Technical and Market Assessment, NYSERDA, https://www.nyserda.ny.gov/‐/media/Files/Publications/Research/Electic‐Power‐Delivery/Behind‐Meter‐Battery‐Storage.pdf 

Page 22: Conquering the Empire State

POTENTIAL OPPORTUNITIES FOR TESLA WITHIN NEW YORK STATE  

Page 21 of 33  

The assessment also looked into the viability of a battery storage project within different market segments:  

 

Figure 12: Market Sector Summary32 

 

 

 

  

                                                            32 Behind‐the‐Meter Battery Storage: Technical and Market Assessment, NYSERDA, https://www.nyserda.ny.gov/‐/media/Files/Publications/Research/Electic‐Power‐Delivery/Behind‐Meter‐Battery‐Storage.pdf 

Page 23: Conquering the Empire State

POTENTIAL OPPORTUNITIES FOR TESLA WITHIN NEW YORK STATE  

Page 22 of 33  

4.3.1. Time‐of‐Use Bill Management and Demand Charge Reduction 

Currently, Con Edison rate structure consists of the 15 service classifications (SC) out of which SC‐08 covers 

multifamily buildings on a master meter and SC‐09 covers commercial and  industrial customers and  the 

common areas of multifamily buildings where apartments are separately metered. 

Each service classifications has 5 rate classes which can be categorized under 3 main billing structures: 

1. Standard Service (Rate I) 

2. Time‐of‐Day Service (Rate II & III) 

3. Standby Service (Rate IV & V) 

Across the board, they have seasonal variability, with higher rates for the summer months (June through 

September), and lower rates during the rest of the year. 

A summary of SC‐08 and SC‐09 rate characteristics is provided below: 

 

Figure 13: Con Edison SC‐08 & SC‐09 Sub‐Rate Characteristics33 

Note: For Standard Service and Time‐of‐Day Service, peak demand is applied on a monthly basis, whereas 

for Standby Service the peak demand is applied daily. Thus, a one‐day lapse in peak‐clipping activities (as the 

result of, for example, poor planning on the part of the battery control software or participation  in a DR 

event) would result in a forfeiture of the demand‐charge savings for an entire month for Standard and Time‐

of‐Day Service, but only one day’s savings for Standby Service.34 

                                                            33 Behind‐the‐Meter Battery Storage: Technical and Market Assessment, NYSERDA, https://www.nyserda.ny.gov/‐/media/Files/Publications/Research/Electic‐Power‐Delivery/Behind‐Meter‐Battery‐Storage.pdf 34 Behind‐the‐Meter Battery Storage: Technical and Market Assessment, NYSERDA, https://www.nyserda.ny.gov/‐/media/Files/Publications/Research/Electic‐Power‐Delivery/Behind‐Meter‐Battery‐Storage.pdf 

Page 24: Conquering the Empire State

POTENTIAL OPPORTUNITIES FOR TESLA WITHIN NEW YORK STATE  

Page 23 of 33  

Customers having on‐site generation can avail Standby service whereas other on the Time‐of‐day Service can 

arbitrage energy using battery storage system and purchase electricity in periods of lower rates as against 

purchasing during peak electricity‐consumption hours when time‐of‐use (TOU) rates are highest.  

Estimating Savings from Peak Clipping35: 

=  [(   ×    )  +  ( ‐     ×  ‐   )]  ×   

×   

Where, 

1.   : The number of days June through September 

2.   : The maximum $/kW charge incurred during summer months 

3.   : The number of days in the other months of the year 

4.   : The maximum $/kW charge incurred during non‐summer months 

5.   : The kW reduced; this is equivalent to battery power capacity 

6.   : The percentage of peak clipping potential actually achieved net of mistakes, variations 

in load peaks and valleys, and Demand Response (DR) events; for purposes of calculation, we assume 

90% in general and 80% for batteries participating in Demand Response 

For a 100kW battery system that’s not a part of DR event and charged through Standby Service rates, the 

annual savings is: 

Savings = [(122 × 1.2742) + (243 × 0.8626)] × 100kW × 90% $32,856/year

Note: Con Edison rate classes distinguish pricing between low tension and high tension service based upon 

service voltage. All figures are for low tension service based upon the understanding that the vast majority 

of customers interested in battery storage are low tension customers. As a rule‐of‐thumb, high tension costs 

tend to be lower by about 25%, which eats into the potential savings. 

 

 

 

 

 

 

                                                            35 Behind‐the‐Meter Battery Storage: Technical and Market Assessment, NYSERDA, https://www.nyserda.ny.gov/‐/media/Files/Publications/Research/Electic‐Power‐Delivery/Behind‐Meter‐Battery‐Storage.pdf 

Page 25: Conquering the Empire State

POTENTIAL OPPORTUNITIES FOR TESLA WITHIN NEW YORK STATE  

Page 24 of 33  

Comparison with other utilities: 

All NY Utilities offer Standby service rate structure for use with on‐site generation and follow a similar constructs: daily, per‐kW peak 

demand charges, sometimes with variations depending on time of day or time of year. 

 

Figure 14: Summary of New York State Standby Service by Utility36 

From figure 14, it’s evident from the comparison of demand charge savings calculations above that a battery storage project within a 

Con Edison territory is much more attractive financially as compared to other utilities/territories. Thereby, Tesla should specifically 

target low tension customers (multifamily residential and commercial retail) within Con Edison territory.

                                                            36 http://www3.dps.ny.gov/W/PSCWeb.nsf/All/DCF68EFCA391AD6085257687006F396B?OpenDocument     http://www.coned.com/documents/elecPSC10/SCs.pdf     https://www.oru.com/documents/tariffsandregulatorydocuments/ny/electrictariff/electricSC25.pdf     https://www2.dps.ny.gov/ETS/jobs/display/download/5910214.pdf     http://www.rge.com/MediaLibrary/2/5/Content%20Management/RGE/SuppliersPartners/PDFs%20and%20Docs/PSC19_237_250.pdf     https://www2.dps.ny.gov/ETS/jobs/display/download/5919392.pdf     https://www2.dps.ny.gov/ETS/jobs/display/download/5919946.pdf   

Utility Con Edison Orange & Rockland Central Hudson Rochester Gas & Electric National Grid NYSEG

Rate ClassSC 9 Rate V ‐ 

Standby Rate

SC 25 Standby 

Service Rate 3

SC 14 Standby 

ServiceSC 14 Standby Service SC 7 Standby Service SC 11 Standby Service

Peak Charge Cycle Daily Daily Daily Daily Daily Daily

Summer Charge per kW  $                      1.2293   $                       0.5825   $                      0.3445   $                                 0.3584   $                            0.2897   $                            0.1786 

Summer Peak WindowJune ‐ Sept

8 AM to 10 PM

June ‐ Sept

24 hours

Mon ‐ Fri

7 AM to 11 PM

Mon ‐ Fri

7 AM to 11 PM

Mon ‐ Fri

8 AM to 10 PM

Mon ‐ Fri

7 AM to 10 PM

Winter Charge per kW  $                      0.7915   $                       0.3674   $                      0.3445   $                                 0.3584   $                            0.2897   $                            0.1786 

Winter Peak WindowOctober ‐ May

8 AM to 10 PM

October ‐ May

24 hoursSame as Summer Same as Summer Same as Summer Same as Summer

Expected Annual Savings from 

100kW Battery $                      30,808   $                       14,431   $                      11,317   $                                 11,772   $                               9,517   $                              5,868 

Page 26: Conquering the Empire State

POTENTIAL OPPORTUNITIES FOR TESLA WITHIN NEW YORK STATE  

Page 25 of 33  

4.3.2. Increased PV Self‐Consumption 

New  York  State  electric  utilities  and  solar  companies  have  jointly  proposed  a  distributed  generation 

compensation model that addresses cost‐sharing  issues  in transitioning from net energy metering (NEM). 

The proposal encourages ongoing development of distributed energy resources (DER) and adequate funding 

to maintain grid reliability, while protecting customer interests and limiting bill impacts, particularly for non‐

NEM‐customers.  The  proposal  also  provides  a mechanism  to move  to  a more  geographically  targeted 

incentive for resources that provide locational distribution benefits. 

Currently,  New  York  has more  than  3,100 MW  of  NEM‐eligible  resources  installed  or  in  the  utilities’ 

interconnection queues. Notably, NEM‐eligible applications have more than doubled in Q1 2016, with much 

of the recent development configured as community distribution generation projects. NY PSC stated that the 

growth pattern lends urgency to its decision‐making on DER compensation mechanisms. In October 2015, 

NY PSC issued an order (Docket No. 15‐E‐0407) suspending retail rate NEM caps until the state’s Reforming 

the Energy Vision proceedings decides on the valuation of DG resources.37 

Until then, New York will continue to compensate the export of excess solar energy to grid using net metering 

incentives, regardless of caps. So until the rules for net metering is decided upon, the battery storage with 

solar panel offering (Powewall + PV Panel) may not look attractive specifically within the residential market 

sector. 

4.3.3. Backup Power 

Batteries,  like  other  grid‐independent  generation  sources,  can  serve  as  a  back‐up  power  system  (or  a 

component of one)  in  the event of a grid outage. Batteries with  short discharge durations  can  serve as 

uninterruptible power systems (UPSs), which bridge the gap between the outage and the more long‐term 

generation  source  (typically  a  gas‐fired  generator)  or  batteries with  long  discharge  durations  can  serve 

critical loads such as elevators, emergency lighting, water pumps, etc. In most of the cases, a battery simply 

dedicated to provide backup power may not be economically attractive. Tesla should evaluate each project 

on a case by case basis and ensure that it takes advantage of additional revenue streams. 

 

 

 

 

                                                            37 https://enerknol.com/new‐york‐electric‐utilities‐and‐solar‐companies‐partner‐to‐revalue‐solar/ 

Page 27: Conquering the Empire State

 

Page 26 of 33  

Chapter 05: Product Mapping  

Page 28: Conquering the Empire State

PRODUCT MAPPING 

Page 27 of 33  

5. Mapping Tesla’s Powerwall and Powerpack Offerings with 13 fundamental electricity services 

5.1. Tesla Powerwall38 Tesla Powerwall is a rechargeable lithium‐ion battery designed to store energy at a residential level for self‐

consumption of solar power generation, load shifting, and backup power. 

The Powerwall can provide a number of different benefits to the customer including: 

1. Increasing self‐consumption of solar power generation – The battery can store surplus solar energy 

not used at the time it is generated and use that energy later when the sun is not shining. 

2. Load shifting – The battery can provide financial savings to  its owner by charging during  low rate 

periods when demand  for electricity  is  lower and discharging during more expensive rate periods 

when electricity demand is higher. 

3. Back‐up power – Assures power in the event of an outage. 

Powerwall specs: 

1. Mounting: Wall Mounted Indoor/Outdoor 

2. Inverter: Pairs with growing list of inverters 

3. Energy: 6.4 kWh 

4. Continuous Power: 3.3 kW 

5. Peak Power: 3.3 kW 

6. Round Trip Efficiency: >92% 

7. Depth of Discharge: 100% 

8. Operating Temperature Range: ‐20C (‐4F) to 50C (122F) 

9. Warranty: 10 years 

10. Dimensions: H: 1300mm W: 860mm D:180mm 

5.2. Tesla Powerpack39 The  Tesla  Powerpack  system  delivers  broad  application  compatibility  and  streamlined  installation  by 

integrating batteries, power electronics,  thermal management and  controls  into a  turnkey  solution. The 

Powerpack system scales to the space, power and energy requirements of any site, from small commercial 

businesses  to utilities.  It  can be  configured  in  various  arrangements, offering  far more modularity  than 

competing models.  The  100kWh  Powerpacks  are  grouped  to  scale  from  100kWh  to  100MWh+.  These 

systems are capable of 2hr to 8hr continuous net discharge power using grid tied bi‐directional inverters. 

The Powerpack can provide a number of different benefits to the customer including: 

1. Load Shifting: Shift energy consumption from one point in time to another. 

2. Demand Charge Reduction: Discharge at times of peak demand to avoid or shave demand charges. 

3. Demand Response: Discharge or charge in response to signals from a demand response administrator 

or aggregator. 

                                                            38 https://www.Tesla.com/presskit 39 https://www.Tesla.com/presskit 

Page 29: Conquering the Empire State

PRODUCT MAPPING 

Page 28 of 33  

4. Self‐consumption: maximize consumption of on‐site clean power. 

5. Emergency Backup: Provide  intermediate backup power  in  the event of  a  grid  interruption.  This 

function can stand alone or be tied to solar. 

6. Microgrid:  Build  a  localized  grid  that  can  disconnect  from  the  main  power  grid,  operating 

independently and reinforcing overall grid resilience. 

7. Renewable Firming: Firm up renewable generation by reconciling the intermittency of power from 

these sources and storing excess capacity to dispatch when it’s needed. 

8. Capacity & Spinning Reserve: Provide power or energy capacity to the grid as a standalone asset. 

9. Ancillary Services: Provide services to the grid in response to signals sent from utilities, Transmission 

System Operators (TSO) or other grid service providers. 

10. Transmission & Distribution Support: Supply power or energy capacity at a distributed  location to 

defer or eliminate the need to upgrade aging grid infrastructure. 

Please refer to Figure 15 for mapping of Tesla’s Powerwall and Powerpack offerings with 13 fundamental 

electricity services.

Page 30: Conquering the Empire State

PRODUCT MAPPING 

Page 29 of 33  

 

Figure 15: TESLA Product Mapping

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Utility Services 

ISO/RTO Services 

Customer Services 

Energy Arbitrage 

Spin/Non Spin Reserve  

Frequency Regulation  

Voltage Support 

Black Start 

Resource Adequacy  

Transmission Congestion Relief 

Transmission Deferral 

Distribution Deferral 

Time‐of‐Use Bill Management 

Demand Charge Reduction 

Increased PV Self‐Consumption 

Back‐up Power 

TRANSMISSION 

DISTRIBUTION 

BEHIND‐THE‐METER 

CENTRALIZED 

DISTRIBUTED 

HYBRID SYSTEM 

LONG CHARGE/DISCHARGE 

SHORT CHARGE/DISCHARGE 

BATTERY 

SYSTEM TYPE 

TESLA POWERWALL, 6.4 kWh 

TESLA POWERPACK, 100 kWh to 100 MWh+ 

PRODUCT MAPPING 

Page 31: Conquering the Empire State

 

Page 30 of 33  

Chapter 06: Recommendations

Page 32: Conquering the Empire State

RECOMMENDATIONS: PENETRATING THE EMPIRE STATE MARKET 

Page 31 of 33  

6. New York Battery and Energy Storage Technology Consortium (NY‐BEST)  

6.1. About NY‐BEST The New  York  Battery  and  Energy  Storage  Technology  (NY‐BEST™)  Consortium was  created  in  2010  to 

position  New  York  State  as  a  global  leader  in  energy  storage  technology,  including  applications  in 

transportation, grid storage, and power electronics. 

NY‐BEST  currently has more  than 150 members.   The Consortium's membership  is diverse and  includes 

manufacturers, academic institutions, utilities, technology and materials developers, start‐ups, government 

entities, engineering firms, systems integrators, and end‐users. The majority of its members are New York 

State based entities.40 

6.2. NY‐BEST Energy Storage Roadmap for NY Electric Grid 2016 

In 2012, the New York Battery and Energy Storage Technology Consortium (NY‐BEST) published the first New 

York Roadmap for Energy Storage and set a ten‐year goal of having 1 GW of storage on the grid. That goal 

for 2022 is still valid but taking account of tremendous changes underway in NY’s electricity market and REV 

Initiative’s push, NY‐BEST released a new roadmap in the current year and it pushes for much more ambitious 

goals. Figure 16 maps the potential changes within NY’s regulatory environment (assuming that NY‐BEST’s 

2016 roadmap is implemented) and recommends actions for Tesla within ISO/RTO Service, Utility, C&I and 

residential markets.

                                                            40 https://www.ny‐best.org/About_NY‐BEST 

Page 33: Conquering the Empire State

RECOMMENDATIONS: PENETRATING THE EMPIRE STATE MARKET 

Page 32 of 33  

 

 

Figure 16: Mapping NY‐Best 2016 Roadmap and suggested Tesla actions 

 

 

 

 

 

 

INCREA

SE PV SALES taking advantage of Buffalo facility Modify NYISO rules for Storage 

Participation in Wholesale Market 

1MW to 100 kW 2018 

Establish Standardized Safety 

Regulations  2017 

Provide Detailed Distribution System 

Data with Locational Pricing  2019 

Reduce soft costs by 33%  2020 

Reach 1GW installed Storage capacity  2022 

Reach 2GW installed Storage capacity  2025 

Reach 4GW installed Storage capacity 2030 

2050 

REV

 INITIATIVE 

80% GHG emissions reduction 

50% power from renewables 

40% GHG emissions reduction

NY‐BEST GOALS AND 

RECOMMENDATIONS 

POTENTIAL IMPACT 

WITHIN THE MARKET 

RECOMMENDATIONS 

If successful, soft costs + project 

timelines decrease, customer 

willingness to invest increases 

INCREA

SING 

MARKET

 POTENTIAL 

TESLA & PANASONIC PV 

PRODUCTION STARTS 

2016 Net Metering Cap remains 

suspended 

Solar + Battery offering may not be 

attractive, Grid used as a battery 

Smaller Energy Storage systems can 

participate + Additional value streams 

open up 

ISO/RTO MARKET  UTILITY MARKET  C&I MARKET  RESIDENTIAL MARKET KEY DEVELOPMENTS 

2018 

2017 

2019 

2020 

2022 

2025 

2030 

2050 

2016 

Affordability increases 

Locational value of DER like storage 

established, will stimulate the growth 

of storage markets 

 Locational value of storage system will allow it to capture higher revenues for services offered 

 Pitch POWERPACK: Utility owned energy 

storage systems ensure resource adequacy and 

will aid it in transmission or distribution infrastructure 

investment deferral 

 

Pitch POWERPACK: Ability to participate in wholesale markets will bring in additional 

revenues, will lead to lower payback periods 

and higher NPVs 

 

Pitch POWER PACK: Installing small scale energy storage systems within 

urban areas will be easier. Utility can take advantage to undertake distribution deferral programs such as 

BQDM. 

80/50 Goal 

Pitch POWERPACK: Increased renewable energy 

integration, especially wind and solar: energy storage will play a significant role 

 

Pitch POWERWALL: As energy storage systems become affordable, 

Solar + Battery storage within residential market becomes 

attractive if a decision on NM incentive is 

finalized 

GIGA FACTORY – 

PRODUCTION STARTS  CAPACITY MARKET, 

INCREASE MARKET SHARE 

Page 34: Conquering the Empire State

ABOUT THE AUTHOR 

Page 33 of 33  

About the Author Sreeram  is  passionate  about  bringing  innovative  and  future‐shaping 

technologies  to market and scale, accelerating  the world’s shift  towards 

cleaner forms of energy. Prior to joining Duke in 2015, he worked with a 

French  MNC,  ALSTOM  wherein  he  was  responsible  for  the  design  of 

automation logics for a thermal power plant. He graduated from National 

Institute of Technology, Jalandhar, India in 2013 with a Bachelor's degree 

in  Instrumentation and Control Engineering. Recently, as an EDF Climate 

Corps  Fellow  at  New  York  City  Housing  Authority  (NYCHA),  he  built  a 

comprehensive  economic  and  technical  feasibility  analysis  tool  which 

allows NYCHA to evaluate the project life cycle costs of a Combined Heat 

and  Power  project. Apart  from  the work  he  takes‐up,  he  is  passionate 

about cooking and loves reading fiction. 

 

Contact details: 

Phone (M): (919) 949 – 1560 Duke email ID: [email protected] (Preferred) Personal email ID: [email protected]