Academic literature on the topic 'Batterilagring'

Det finns en ökande efterfrågan på förnybar elproduktion och effektiva lösningar att kombinera med denna. Ett flertal tidigare arbeten har undersökt energilagringssystem (ESS) och dess lönsamhet i olika tillämpningar. Det råder en osäkerhet kring lönsamheten hos ESS för ökad självkonsumtion i Sverige. Detta arbete undersöker lönsamheten hos batterilagringssystem (BESS) som används i syftet att öka självkonsumtionen för aktörer med solceller i den svenska bostadssektorn. En modell konstruerades baserat på Levelized Cost of Storage (LCOS), och indata till modellen varierades för olika scenarier. Resultaten visade att BESS kostnader i dagsläget är för höga, med LCOS mellan 1,68 kr/kWh och 3,56 kr/kWh beroende på aktör och indata. För lönsamhet krävs reduktion av LCOS mellan 55% och 85%. Vidare undersöker arbetet vilka variabler som har störst påverkan på BESS lönsamhet. En känslighetsanalys genomfördes, där CAPEX, antalet battericykler per år, WACC och skattereduktioner vid elhandel identifierades som viktiga variabler. Arbetet visade att det antagligen krävs en kombination av högre elpriser och reducerade investeringskostnader för att motivera en investering i BESS. Utöver ökad självkonsumtion behövs ytterligare värden för att motivera en investering i BESS inom en snar framtid.
There is a growing demand for renewable power generation and efficient solutions to combine with renewables. Previous works have explored energy storage systems (ESS) and their profitability in various applications. There is an uncertainty about the profitability of ESS for increased self-consumption in Sweden. This thesis explores the profitability of battery energy storage systems (BESS) used for increased self-consumption for stakeholders with solar photovoltaics in the Swedish residential sector. A model based on levelized cost of storage (LCOS) was constructed, and varying input values were used for different scenarios. The results showed that the current cost of BESS is too high, with LCOS ranging between 1,68 SEK/kWh and 3,56 SEK/kWh depending on the stakeholder as well as input data. For profitability, a reduction of LCOS between 55% and 85% is needed. Furthermore, this thesis explores which variables have the greatest effect on a BESS’s profitability. A sensitivity analysis was conducted, where CAPEX, the number of battery cycles per year, WACC and tax reductions linked to electricity trading were identified as important variables. This thesis concluded that higher electricity prices in combination with reduced investment costs is needed to justify an investment in BESS. Besides increased self-consumption, other values are needed to justify an investment in a BESS in the near future.

The degree project was carried out in collaboration with Halmstad Fastighet AB. Two separate buildings with different uses of energy have been analyzed. The focus was on evaluating near-zero energy houses with solar power plants and associated battery storage to investigate profitability and dimensioning to form the basis for future constructions. Both properties are near-zero energy houses but differ in the use of electrical energy. It is currently unclear how the change in the dimensioning of the solar power plant and the battery storage will affect the profitability of two properties with different uses of energy. The method was quantitative. Simulation models in the Polysun software were created with the properties' reference house. Based on the simulations, profitability calculations were made to describe the difference in profit when changing the dimensioning. The work concludes that the total profitability increases with the size of the solar power plant, regardless of energy use, and battery storage is not profitable without price changes.
Examensarbetet gjordes i samarbete med Halmstad Fastighet AB. Två olika fastigheter med olika elanvändning har analyserats, där fokuset låg på att utvärdera nära-nollenergihus med solkraftsanläggningar och tillhörande batterilager för att undersöka lönsamhet och dimensionering som ska ligga till grund för framtida byggnationer.  Båda fastigheterna är nära-nollenergihus men skiljer sig åt i användning av elenergi. Det är idag oklart hur förändringen av dimensioneringen av solkraftsanläggningen och batterilagret påverkar lönsamheten i två fastigheter med skilda användning av elenergi. Metoden är av kvantitativ karaktär. Simuleringsmodeller i programvaran Polysun skapades med två fastigheter och dess solkraftsanläggningar med tillhörande batterilager som referens.Utifrån simuleringarna gjordes lönsamhetsberäkningar för att beskriva skillnad i vinst vid förändring av dimensionering. Slutsatserna av arbetet är att den totala lönsamheten ökar ju större solkraftsanläggningen är oavsett elenergianvändning och batterilagret är idag inte lönsamt utan prisförändringar.

När en investering ska göras är priset en prioriterad faktor att ta hänsyn till. Att investera i ett solcellssystem kostar mycket pengar som på längre sikt kommer resultera i en större intäkt än kostnad. När detta inträffar skiljer sig markant i många fall och med regeringens krångliga regler blir det inte lättare. Examensarbetet innefattar flera analyserande lösnings-metoder för plusenergikontoret i Väla Gård, Helsingborg. Anledningen är att kostnadseffektivisera solcellssystemet så att intresset för solproduk-tionen ökar i Sverige.Tre olika kostnadsmässiga scenarier med timdebitering, egenlagring och nettodebitering jämförs och presenteras grundat på beräkningsmetod inom aktuell forskning. Det bäst lämpade scenarierna ges i form av ett önskat införande för optimal vinst för kund och miljö.Energimarknaden kan snabbt äventyras vilket gör att valet av lämplig lösning minskar solcellsägarens riskfaktor och förhoppningsvis ökar sol-energiproduktionen.

Arbetet Tillämpning av batterilager som energitjänsten lastutjämnare är en litteraturstudie och en kvantitativ studie. I studien har driftkarakteristiken år 2015 hos en matvarubutik legat till grunden. Arbetet har syftat i att besvara frågan kring ett batterilagers lämplighet som agerade för lastutjämning. För att ta reda på det har batterilagersegenskaper kartlagts och dimensionering gjorts utifrån två olika driftfall. En ekonomisk besparingspotential har även beräknats utifrån de bägge driftfallen. Driftfallen har valts att kallas teknisk dimensionering och ekonomisk dimensionering. De tekniska dimensionerade lagerna har en lager storlek om 617 kWh och 555kWh vilket motsvarar 7,1% respektive 5,8% av den dagliga energianvändningen. För de ekonomiskt dimensionerade lagerna har en lager storlek om 597 kWh och 233kWh vilket motsvarar 6,8% respektive 2,8% av den dagliga energianvändningen. Den ekonomiska besparingspotentialen blir som störst för en blandad körning av de bägge driftfallen. Trotts att besparingspotentialen är uppskattade under ideala förhållanden med varken förluster eller degraderad prestanda lönar det inte sig att investera i ett batterilager för att enbart utföra tjänsten effektutjämning idag. Investering i ett batterilager för effektutjämning har potential att bli lönsam först när den kan tillgodose fler energitjänster eller när alternativkostnaden är förhöjd.
This thesis, is a study of battery energy storage and its use as energy source and smoothening of power fluctuation. Studies have been made as a systematic review and a quantitative study. The study has consisted of analysing the power characteristic from a supermarket in the city of Varberg during year 2015. The object has been to evaluate the energy storage and the power smoothing qualities. Therefore the battery energy storages characteristics have been evaluated in this systematic review. For the quantitative study, calculations of the energy storage sizes were made for two separate operation modes. The two different operation modes were named technical dimensioning and economic dimensioning. The function of the technical dimensioning was to smooth the power outlet from the grid, while the function of the economic dimensioning was to enable the supermarket to buy more energy during low-price hours. Based on monthly power characteristics, each dimensioning gave as a result two energy storage possibilities, one in medium and one in small size. The technical dimensioning resulted in battery energy storage of the sizes 617 kWh and 555kWh which is comparable to 7,1% and 5,8% of the daily energy usage of the supermarket. The economic dimensioning resulted in battery energy storage of the sizes 597 kWh and 233kWh which is comparable to 6,8% and 2,8% of the daily energy usage of the supermarket. For optimizing the economic savings, a variation of technical and economic operation mode are needed, depending on calculated power usage through the day and elspot prices. The study shows that a battery storage is difficult to finance. The calculated economic savings were estimated during ideal conditions and without power loss or loss in performance. As a conclusion from this study a battery storage may have a good payback if there are several energy services to be filled.

Energikonsumtionen ökar globalt och på grund av detta så behövs ökad energiproduktion. El från förnyelsebara källor är och kommer vara en nyckel för att klara av dessa energibehov och den kanske viktigaste energikällan är den primära solinstrålningen. Umeå energi gör en satsning på en solcellsanläggning vid Gammlia idrottsanläggning i Umeå och på grund av detta har en undersökning gjorts om energilagring i kombination med solcellerna. Solinstrålningen varierar över dygnet och året och därmed också elproduktionen. Solcellerna producerar endast el när solen skiner och ett sätt att ta del av den elen de perioder som inte solen lyser så kan vara energilagring. I rapportens första del har Två energilagringsmetoder undersökts, batterilagring och vätgaslagring. Metodernas funktionsprincip, för/nackdelar och en redogörelse huruvida de passar som energilagring i byggnader har gjorts. I den andra delen har beräkningar gjorts för möjligheterna att göra Gammlia idrottsanläggning självförsörjande på den producerade elen från solpanelerna. Rapportens första del har gjorts av en litteraturstudie av vetenskapliga rapporter och annat webbaserat material. Energiberäkningarna grundar sig från tillhandahållen information från Umeå energi samt tillgängliga beräkningsmetoder på internet. Batterier är en elektrokemisk lagringsform och fungerar så att en anod, en katod samt att elektrolyt används i samtliga tekniker. Fördelen med batterier är flexibiliteten och låga underhållskostnader medan den stora nackdelen är den låga energidensiteten. Vätgaslagring med hjälp av elektrolys är en metod där vätgas produceras av vatten och elektricitet. Fördelen är hög energidensitet och miljövänlig omvandling. Den största nackdelen är höga omvandlingsförluster. I undersökningen om möjligheter för energilagring i Gammlia idrottsanläggning undersöktes det om anläggningen kan göras självförsörjande på el på solcellerna. Det har konstaterats att det ej var genomförbart med den solcellsproduktion och de lagringstekniker som är aktuell i denna studie. En mindre omfattande lösning hittades som innebär dygnslagring under sommarmånaderna. Med hjälp av batterier kan energi producerad på dagen sparas och användas på kvällen/natten. Denna lösning är genomförbar rent tekniskt men inte ekonomiskt då förtjänsten är för liten i jämförelse med investeringskostnaden.
Energy consumption is increasing globally and because of this, increased energy production is necessary. Electricity from renewable sources is and will further be a key to meet the energy needs and perhaps the most important energy source is the sun. Umeå energi makes an investment in a photovoltaic system at Gammlia sports center in Umeå, and because of this, a study has been made on energy storage in combination with solar cells. Solar cells have a varied production, seen over the day and year. The solar cells only produce electricity when the sun is up, and energy storage is a possible solution for storing some of the energy produced during the day, to use later during the evening/night. The report's first section has two energy storage methods studied, battery storage and hydrogen storage. Methods for the operating principles, pros/cons and a statement whether they fit as energy storage in buildings has been made. In the second part, calculations have been made for the possibility of installing energy storage in Gammlia sports center for the electricity generated from the solar panels. The first part is made of a literature review of scientific reports and other web-based material. Energy estimates are based from the information provided from Umeå energy and the available methods of calculations on the web. Battery is an electrochemical storage shape and function to an anode, a cathode, and the electrolyte is used in all techniques. The advantage of batteries is the flexibility and low maintenance costs while the major drawback is the low energy density. Hydrogen storage using electrolysis is a method in which hydrogen produced from water and electricity. The advantage is the high energy density and environmentally friendly conversion. The main disadvantage is the high conversion losses. The survey on the possibilities for energy storage in the Gammlia sports facility, an investigation was made whether the plant could be made self-sufficient for electricity on the solar cells. It was costly that it was not feasible with the solar cell demodulation and storage technologies that are relevant in this study. A less comprehensive solution was found that involves daystorage in the summer months. Using batteries, energy produced on the day could be saved and used in the evening / night. This solution was feasible, purely technical, but not economical, as earnings were too small in comparison to investment cost.

The majority of the existing photovoltaic (PV) systems are dimensioned in such a way that no or only a small part of the production exceeds the buildings internal consumption. This is done because sold electricity to the grid has a lower economic value than if used internally in the building. Therefore commercial buildings, with high consumption during sunny hours, are to prefer when installing PV. Implementing a battery energy storage system in these facilities can lead to higher self consumption of the PV energy and reduced electricity bills. To take full advantage of this potential it requires optimal management of the battery. In this study an optimized battery algorithm was developed to show the full potential a perfectly managed battery can have to reduce cost of electricity within commercial buildings. There are three main charge and discharge patterns for a battery which can reduce the cost on the electricity bill: 1) Charge and discharge at different prices, 2) peak shaving and 3) overproduced PV is stored for later use. By utilizing a battery in an optimal way to reduce the costs as much as possible, batteries will reach break even at battery prices between 1350-2100 SEK/kWh, depending on which scenario evaluated. By implementing forecast based desicion-making, in which the battery operation is optimized with respect to PV and consumption forecasts, the system profitability declines rapidly, especially when using a consumption forecast. A real system would probably profit from basing the battery operation on both forecasts and real time measurements.

I Sverige går 40 % av den slutliga energianvändningen till bostad- och servicesektorn. Energieffektivisering inom denna sektor har därför potential till att reducera en stor del av den totala energikonsumtionen i Sverige och därmed bidra till att de klimatmål som satts uppfylls. Det kommunala bostadsbolaget Uppvidingehus har i Åseda byggt tre flerbostadshus där ett av de omfattas av flera energibesparande system som de sökte och fick ett innovationsbidrag (utfärdat av riksdagen) för som riktade sig till hållbart byggande. De energibesparande systemen är dagvattenuppsamling för WC-spolning, solceller och solhybrider, en digitaliseringstjänst för de boende och ett energilagringssystem i form av batterier. Dessa system har sammanställts och granskats utifrån projekterade värden som gjordes vid uppstart. Resultatet visar att systemen helt/delvis uppnår de projekterade värdena eller har potential att uppnå de på sikt.

I detta examensarbete har syftet varit att undersöka hur man kan minska behovet av att behöva köpa energi till en fastighet med tillhörande byggnader. Fokus har legat på att producera nog med energi för att täcka fastighetsägarnas konsumtion av el. Projektet har även berört energioptimeringsåtgärder av enklare slag. Efter detta gjordes en fysisk genomgång av byggnaderna där mätning också genomfördes dels som underlag för en energibalans, dels som underlag när det undersöktes vilka energisparåtgärder som var ekonomiskt genomförbara, såsom tillläggsisolering av vinden. Sedan samlades det in offerter och annan viktig information, såsom energiproduktion och priser, för att sedan analyseras. Alla delar jämfördes och ställdes mot varandra för att komma fram till det som passade fastighetsägarna bäst. Lagring och vindkraft hade en för lång återbetalningstid gentemot vad ägarna hade efterfrågat då de ville att det skulle vara återbetalat innan produkternas livslängd var slut. Resultatet av vindkraften visade att vindhastigheterna inte kunde fastställas helt eftersom den vindmätning som gjorts har skett 25 km därifrån, vilket leder till en osäkerhet i hur mycket el som kan produceras. Det mest lönsamma var den största av de fyra solcellsparker som jämfördes. Den och det lilla vindkraftverket tillsammans producerar tillräckligt mycket el för att täcka deras behov. Däremot rekommenderades varken vindkraftverket eller batterilagring på grund av återbetalningstiden. Ägarna kan alltså producera den mesta elen med hjälp av solceller, dock inte allt enligt de beräkningar som gjorts. Förutom Vattenfalls solceller rekommenderades att tilläggsisolera vinden samt en laddbox från Vattenfall. Eftersom teorin i examensarbetet skulle baseras på granskade källor och inte på vinstdrivande källor användes studentlitteratur, publicerade rapporter och rapporter från myndigheter.
The purpose of this thesis has been to examine how to reduce the need to buy energy for a property with associated buildings. The focus has been on producing enough energy to cover the property owners' consumption of electricity. The project has also involved simpler energy optimization measures. After this, a physical review of the buildings was carried out, where measurement was also carried out partly as a basis for an energy balance and partly as a basis when examining which energy saving measures were economically feasible, such as additional insulation of the wind. Then quotes and other important information, such as energy production and prices, were collected and then analyzed. All parts were compared to each other to arrive at what best suited the property owners. Storage and wind power had too long a payback period against what the owners had asked for when they wanted it to be repaid before the end of product life. The result of the wind power showed that the wind speeds could not be fully determined since the wind measurement made was 25 km away, which leads to an uncertainty in how much electricity can be produced. The most profitable was the largest of the four solar cell parks compared. It and the small wind turbine together produce enough electricity to meet their needs. However, neither the wind turbine nor the battery storage was recommended because of the payback time. The owners can thus produce most of the electricity using solar cells, but not all according to the calculations made. In addition to Vattenfall's solar cells, it was recommended to insulate the wind and install a charging box from Vattenfall. Since the theory in the degree project should be based on audited sources and not on profit-making sources, student literature, published reports and reports from authorities were used.

The grid in the northern part of Sweden is characterized by long radial lines with just a few customers. To secure electricity supply it is necessary to have a redundant feeding alternative. A loop structured grid which is used in the more populated urban area is a poor solution in the rural areas both regarding economy and technology due to the long distances. To feed the northern grid in Sweden a battery energy storage system (BESS) is therefore a solution that could secure the power delivery. An important aspect to investigate is how the electric power quality changes with the new feeder, but more importantly to secure disconnection of supply at fault occurrence.   This thesis investigates how a battery storage system installed at the end of a mid-voltage line affects the electric power quality and the protection system compared to a reference case which represents the line today. The mid-voltage line is an existing line in the northern grid and is a good representation of the general northern grid.     The results obtained from this study show that the loop impedance does not necessarily have to deteriorate with the new feeder, which means that the voltage quality in this aspect does not change. This is only true for this particular grid when the impedance contribution from the mid-voltage grid is small and the contribution from the low-voltage grid is large because of long and weak distribution low-voltage lines.     The inverter is the limiting factor for the short circuit currents, and the short circuit power and current decrease with the new feeder. At fault occurrence in the low voltage grid the short circuit current does not affect the fuse blow. However the inverter will disconnect for all fault occurrences in the mid-voltage grid, and for faults with high short circuit power in the low voltage grid. This means that the selectivity will decrease, but the system will have a high security level.   For this particular grid the results show that the transformer can be isolated from the ground. A residual overvoltage relay is enough for disconnection of grounding faults. Directional ground fault protection is not necessary for this line with this particular characteristics. If the sensitivity for the disconnection of grounding faults with high transition impedances is adjusted according to ground fault currents in island operation, the sensitivity then decreases at the event of a fault during normal operations when the battery storage system is charging. The sensitivity might also be tuned according to normal operation, which then results in a higher sensitivity than necessary during island operation.

The increasing share of renewable energy especially wind energy leads to increased share of unpredictable and varying energy into the grid. This leads to congestion in the grid which ultimately results in wind curtailment. In Germany in 2015 alone more than 4000 GWh of wind energy was curtailed. On the other hand, off grid energy requirements for event industry especially concerts and festivals, rely heavily on diesel generators to fulfill their power requirements. This thesis investigates a unique use case for the mobile storage application. The batteries are used to utilize the curtailed wind energy for off-grid applications like festivals and concerts in Germany. The batteries are charged at the wind farm during the duration of curtailment and once they are fully charged, the batteries are transported to the location of concert or an event to provide clean energy. The batteries or storage system used for this case have a capacity of 1.5 MWh and the whole system is constructed in a standard shipping container to allow convenient transportation. According to the findings of this study, the proposed use case can lead to a significant CO2 emission reduction, a single storage system could save up to about 8.4 million kg of CO2, at the events and festivals. Furthermore, it could help in renewable energy integration by providing clean wind energy, that is otherwise curtailed, to festivals and concerts. This study identifies a wind farm with most curtailed energy in Germany with total curtailment duration accounting for about 32% of the time in the year 2017. The technical model, simulated in MATALB/Simulink, successfully charged the battery storage system without any bottleneck. The levelized cost of storage was found to be in comparison with the levelized cost of diesel generators. A single storage system has an ability save up to 8.4 million kg of CO2 emissions. The study further proposes policy suggestions to promote such innovative use case.
Den ökande andelen förnybar energi, särskilt vindenergi, leder en till ökad andel av oförutsägbar intermittent energi till elnätet. Detta leder tidvis till en överbelastning på elnätet, vilket resulterar i att vindkraftverkens elproduktion måste begränsas. Endast i Tyskland under 2015 begränsades 4000 GWh av vindenergi. Samtidigt används diesel generatorer i off-grid områden för att bedriva mässor, marknader, festivaler och liknande arrangemang. Den här rapporten undersöker ett specifikt fall för mobila lagringsmöjligheter. Batterier kan användas för att nyttja den begränsade vindenergin för offgrid evenemang som festivaler och konserter i Tyskland. Batterierna laddas i vindkraftsparker vid hög tillgång till vindenergi och transporteras sedan till ett evenemang för att försörjas med förnybar energi. Batterierna eller lagringsmediet som används för detta fall har en kapacitet på 1,5 MWh och systemet är paketerad i en fraktcontainer för enkel transport. Enligt resultaten från denna studie kan det föreslagna användningsfallet leda till en betydande minskning av koldioxidutsläppen, ett enda lagringssystem skulle kunna spara upp till cirka 8,4 miljoner kg CO2 vid evenemang och festivaler. Dessutom skulle det kunna bidra till integration av förnybar energi genom att tillhandahålla ren vindkraft, som annars begränsas, till festivaler och konserter. Denna studie identifierar en vindkraftspark med den mest begränsade energin i Tyskland med total kapacitetsvaraktighet som står för cirka 32% av tiden under 2017. Den tekniska modellen, simulerad i MATALB / Simulink, laddade batterilagringssystemet framgångsrikt utan flaskhals. De nivåiserade lagringskostnaderna visade sig vara i jämförelse med de nivåiserade kostnaderna för dieselgeneratorer. Ett enda lagringssystem kan spara upp till 8,4 miljoner kg koldioxidutsläpp. Studien föreslår vidare policyförslag för att främja ett sådant innovativt fall.