The rise of Renewable Energy Sources (RES) such as wind and solar power, creates new challenges for electric power systems. One of these challenges occur in Frequency Containment Reserves (FCR) on power system because of decreasing system inertia from RES. The purpose of FCR is to regulate the system frequency after a disturbance that gives rise to a Rate of Change of Frequency (RoCoF) and an Instantaneous Frequency Deviation (IFD). Conventional electricity production such as hydro and nuclear power have a contribution for the amount of inertia in the system, while RES lack this contribution of inertia.This paper studies different cases of amount of inertia to understand the impact of lower amount of inertia caused by RES on power system. A power system was simulated and the IFD and SteadyState Frequency Deviation (SSFD) of the system were examined as the nuclear powers were substituted by wind powers. The results showed that a large amount of inertia implies a small IFD and vice versa.Furthermore, this paper also studies Battery Energy Storage System (BESS) as a power support for FCR when using RES. The conclusion for the impact of the battery was to use high injected power and triggering frequency level (TLF) and vice versa to get an acceptable IFD. In other words, this means that it is possible to keep the IFD within predefined limits by using batteries and identify the appropriate range of battery control settings.

The electrical grid balances production capacity and demand in real-time. With an increased demand for renewable energy sources, challenges such as stability of the grid, the balance between generation and demand, and power quality occur. One way to deal with the variability is by introducing Battery Energy Storage System (BESS) to the electric grid. To ensure a stable connection, the BESS must be reliable, and much research has been carried out on the BESS reliability. However, the previous studies have mainly focused on the DC reliability of the system and little research has been conducted on the AC side of a BESS. This thesis aims to provide a reliability-based maintenance strategy for the AC-side of a BESS. First, the reliability index of each AC component is calculated with established models, and based on the results, the maintenance strategy is developed. It is shown that the load current and ambient temperature are the two main parameters that affect a BESS’s reliability. For longer periods of continuous operation, the reliability declines with time and the failure rate increases. The most suitable maintenance strategy is a combination of preventive and predictive. The frequency of the scheduled preventive maintenance differs between the AC components since the schedule is based on the results from individual reliability indices. The preventive maintenance uses the condition monitoring method to observe some key elements such as DC-bus neutral current and junction temperature. / Det elektriska distributionsnätet balanserar produktionskapacitet och efterfrågan i realtid. I samband med den ökade efterfrågan av förnyelsebara energikällor uppstår nya utmaningar, såsom nätstabilitet, balans mellan produktion och efterfrågan och kvaliteten. Ett sätt att hantera variationen är att introducera Batterienergilagringssystem (BESS) till distributionsnätet. För att säkerställa en stabil anslutning måste BESS vara tillförlitlig och mycket forskning har utförts kring BESS tillförlitlighet. Fokus från de tidigare studierna har dock främst varit på DC-sidan av systemet och nästintill ingen forskning har fokuserats på den AC-sidan och dess tillförlitlighet. Denna masteruppsats syftar till att tillhandahålla en tillförlitlighetsbaserad underhållsstrategi för AC-sidan av en BESS. Först beräknas tillförlitlighetsindexet för varje AC-komponent från etablerade modeller och den underhållsstrategin utvecklas senare baserats på resultaten från tillförlighetsindex. Det visar sig att strömmen och omgivningstemperaturen är de två huvudparametrarna som påverkar tillförlitligheten. Vid längre perioder av kontinuerlig drift minskar tillförlitligheten med tiden och felfrekvensen ökar. Den mest lämpliga underhållsstrategin är en kombination av förebyggande och förutsägande. Frekvensen av det schemalagda förebyggande underhållet skiljer sig mellan AC-komponenterna eftersom schemat är baserat på resultaten från individuella tillförlitlighetsindex. Det förebyggande underhållet använder tillståndsövervakningsmetoden för att observera några nyckelelement såsom likström och kopplingstemperatur.

Renewable energy resources are projected to claim a larger part of the Swedish power mix in coming years. This could potentially increase frequency fluctuations in the power grid due to the intermittency of renewable power generating resources. These fluctuations can in turn cause issues in the power grid if left unchecked. In order to resolve these issues, countermeasures are employed. One such countermeasure is for private actors to regulate power; in exchange they are financially compensated through reserve markets. The reserve market studied in this thesis is called Frequency Containment Reserve – Normal (FCR-N). Currently hydroelectric power provides almost all regulated power within this market. As the need for power regulation is expected to increase in the coming years, there exists a need to study other technologies capable of power regulation. This thesis focuses on one such technology called, virtual power plants. While virtual power plants are operating in other parts of the world, there were no virtual power plants operating in Sweden. As a result, the nature of an optimized virtual power plant and the economic benefits of optimization had not been previously investigated. To answer such questions, this thesis modelled and optimized the revenue of a virtual power plant. The examined virtual power plant consisted of cooling chillers, lighting, ventilation fans and a battery energy storage system. Where varying their total power demand allowed for them to provide power regulation. With the virtual power plant market in Sweden being in its infancy, this thesis serves as a first look into how an optimized virtual power plant using these components could function. To put the economic results of the optimization into context, a comparative model was constructed. The comparative model was based on a semi-static linear model. This is what the thesis’s industry partner Siemens currently uses. For the simulated scenarios, the optimized model generated at least 85% higher net revenues than the semi-static linear model. The increase in revenue holds potential to increase the uptake of virtual power plants on the Swedish market, thus increasing stability in the power grid and easing the transition to renewable energy. / Då förnyelsebara energiresurser antas omfatta en större roll av den svenska elproduktionen inom kommande år, så kan detta leda till att frekvensfluktueringar i elnätet ökar. Detta sker på grund av att den oregelbundna elproduktionen från förnyelsebara energiresurser inte matchas med konsumtion. Om dessa fluktueringar inte hanteras kan det i sin tur leda till skadliga störningar inom elnätet. För att motverka detta och således stabilisera elnätet används diverse lösningar. Ett sätt att åstadkomma ökad stabilisering i elnätet är att låta privata aktörer kraftreglera. De privata aktörerna som står för kraftregleringen gör detta i utbyte mot ekonomisk kompensation, genom att delta i reservmarknader. Den reservmarknad som studerades inom detta examensarbete kallas Frequency Containment Reserve – Normal (FCR-N). I nuläget står vattenkraft för nästan all reglerad kraft inom den här marknaden. Men då behovet av kraftreglering antas öka inom kommande år så behövs nya teknologier studeras som kan bistå med kraftregleringen. Den studerade teknologin inom detta examensarbete var ett virtuellt kraftverk. Då inga virtuella kraftverk var i bruk i Sverige då denna uppsats skrevs fanns det osäkerheter kring hur man optimalt styr ett virtuellt kraftverk och de ekonomiska fördelarna som detta skulle kunna leda till. Detta examensarbete modellerade och optimerade ett virtuellt kraftverk ur ett vinstperspektiv. Det virtuella kraftverket var uppbyggt utav kylmaskiner, ljus, ventilationsfläktar och ett batterisystem. Deras kraftkonsumtion styrdes på ett sådant sätt som lätt de bidra till kraftreglering på reservmarknaden. För att kunna analysera de ekonomiska resultaten från det optimerade virtuella kraftverket, så byggdes en jämförelsemodell. Denna jämförelsemodell är baserad på en semistatisk linjär modell, vilket är det som examensarbetets industripartner Siemens använder. Den ekonomiska jämförelsens resultat påvisade att inkomsten från den optimerade modellen var minst 85% högre än den semistatiskt linjära modellen, inom de studerade scenarierna. Denna inkomstökning skulle potentiellt kunna öka användningen av virtuella kraftverk på den svenska reservmarknaden vilket i sin tur skulle medföra högre stabilitet på elnätet. Genom att öka stabiliteten på elnätet kan således förnyelsebara energiresurser i sin tur lättare implementeras.

Lithium-ion based battery energy storage system has become one of the most popular forms of energy storage system for its high charge and discharge efficiency and high energy density. This dissertation proposes a high-efficiency grid-tie lithium-ion battery based energy storage system, which consists of a LiFePO4 battery based energy storage and associated battery management system (BMS), a high-efficiency bidirectional ac-dc converter and the central control unit which controls the operation mode and grid interface of the energy storage system. The BMS estimates the state of charge (SOC) and state of health (SOH) of each battery cell in the pack and applies active charge equalization to balance the charge of all the cells in the pack. The bidirectional ac-dc converter works as the interface between the battery pack and the ac grid, which needs to meet the requirements of bidirectional power flow capability and to ensure high power factor and low THD as well as to regulate the dc side power regulation. A highly efficient dual-buck converter based bidirectional ac-dc converter is proposed. The implemented converter efficiency peaks at 97.8% at 50-kHz switching frequency for both rectifier and inverter modes. To better utilize the dc bus voltage and eliminate the two dc bus bulk capacitors in the conventional dual-buck converter, a novel bidirectional ac-dc converter is proposed by replacing the capacitor leg of the dual-buck converter based single-phase bidirectional ac-dc converter with a half-bridge switch leg. Based on the single-phase bidirectional ac-dc converter topology, three novel three-phase bidirectional ac-dc converter topologies are proposed. In order to control the bidirectional power flow and at the same time stabilize the system in mode transition, an admittance compensator along with a quasi-proportional-resonant (QPR) controller is adopted to allow smooth startup and elimination of the steady-state error over the entire load range. The proposed QPR controller is designed and implemented with a digital controller. The entire system has been simulated in both PSIM and Simulink and verified with hardware experiments. Small transient currents are observed with the power transferred from rectifier mode to inverter mode at peak current point and also from inverter mode to rectifier mode at peak current point. The designed BMS monitors and reports all battery cells parameters in the pack and estimates the SOC of each battery cell by using the Coulomb counting plus an accurate open-circuit voltage model. The SOC information is then used to control the isolated bidirectional dc-dc converter based active cell balancing circuits to mitigate the mismatch among the series connected cells. Using the proposed SOC balancing technique, the entire battery storage system has demonstrated more capacity than the system without SOC balancing. / Ph. D.

The energy demand is steadily increasing, and the electricity sector is undergoing a severe change in this decade. The primary drivers, such as the need to decarbonize the power industry and megatrends for more distributed and renewable systems, are resulting in revolutionary changes in our lifestyle and industry. The power grid cannot be easily or quickly be upgraded, as investment decisions, construction approvals, and payback time are the main factors to consider. Therefore, new technology, energy storage, tariff reform, and new business models are rapidly changing and challenging the conventional industry. In recent times, industrial peak shaving application has sparked an increased interest in battery energy storage system (BESS).  This work investigated BESS’s potential from peak shaving and Time-of-use (TOU) applications for a Culture-house in Skellefteå. Available literature provides the knowledge of various BESS applications, tariff systems, and how battery degradation functions. The predicted electrical load demand of the culture-house for 2019 is obtained from a consultant company Incoord. The linear optimization was implemented in MATLAB using optimproblem function to perform peak shaving and time-of-use application for the Culture-hose BESS. A cost-optimal charging/discharging strategy was derived through an optimization algorithm by analyzing the culture-house electrical demand and Skellefteå Kraft billing system. The decisional variable decides when to charge/discharge the battery for minimum battery degradation and electricity purchase charges from the grid.   Techno-economic viability is analyzed from BESS investment cost, peak-power tariff, battery lifespan, and batter aging perspective. Results indicate that the current BESS price and peak-power tariff of Skellefteå Kraft are not suitable for peak shaving. Electricity bill saving is too low to consider TOU application due to high battery degradation. However, combining peak shaving & TOU does generate more profit annually due to additional savings from the electricity bill. However, including TOU also leads to higher battery degradation, making it not currently a viable application. A future scenario suggests a decrease in investment cost, resulting in a shorter payback period.  The case study also analyses the potential in the second-life battery, where they are purchased at 80 % State of Health (SoH) for peak shaving application. Second-life batteries are assumed to last until 70 % or 60 % before End of Life (EOL). The benefit-cost ratio indicates that second-life batteries are an attractive investment if batteries can perform until 60% end of life, it would be an excellent investment from an economic and sustainability perspective. Future work suggests integrating more BESS applications into the model to make BESS an economically viable project.

The Swedish electrical grid has historically been robust and reliable, but with increased electrification in numerous sectors, out-phasing of nuclear power and a high market diffusion of wind power, the system is now facing challenges. The rotational energy in the system is expected to decrease as a result of higher shares of intermittent energy sources, which can affect the stability of the grid frequency negatively. To manage increased frequency drops, the new Fast Frequency Reserve (FFR) market will be implemented by June 2020 in the Nordic power system. Simultaneously, it is expected that the demand of electricity will increase significantly in the transport and industry sectors in the coming years. Several DSOs already today indicate challenges with capacity and power security and have or will implement power tariffs as an economic incentive to prevent these problems. For energy intensive customers, such as industries, it will become important to reduce power peaks to avoid high grid fees. Several peak load shaving strategies can be utilized by industries to reduce their power peaks and thus the power tariff. The aim of this study is to economically analyze peak load shaving for Swedish industries. This is done using Li-Ion BESS and DSM, and to maximize the utilization of the BESS by including energy arbitrage and FFR market participation into the analysis. Firstly, a literature review is conducted within the topics of peak load shaving strategies, energy arbitrage and ancillary services. Secondly, data is gathered in collaboration with WSP Systems – Energy, the initiators of the project, to conduct case studies on two different industries. These cases are simulated in the modeling software SAM, for technical analysis, and then economically evaluated with NPV. Also, nine scenarios are created for the emerging FFR market concerning the number of activations per year and the compensation price per activation. The results from the case studies indicate that peak load shaving of 1 – 3 % with BESS provides a positive NPV for both case industries. However, higher percentages result in negative NPVs when no additional revenue streams are included. When considering energy arbitrage, it is concluded that the additional revenues are neglectable for both industries. Participating in the FFR market provides similar trends in the results as before. The exception is valid for scenarios with high numbers of FFR activations and compensation prices, where positive NPVs for all levels of peak load shaving can be concluded. The peak load shaving strategy DSM is implemented for one of the industries, where efficiency measures are concluded to have the most impact on the economic evaluation. If all efficiency measures would be implemented, the electricity consumption would be reduced by 17 %. Additionally, the power peaks would be reduced with 18 % and result in a significantly more positive NPV than peak load shaving using BESS. A sensitivity analysis concerning BESS capital cost and power tariff price concludes that the BESS price has a strong relation to the NPV, where a BESS price reduction of 60 % results in an NPV increase of at least 100 %. BESS prices have decreased the past years and are expected to keep decreasing in the future. Hence, investments in BESS can become more profitable and attractive in the coming years. Finally, for future research, it is recommended to combine the methodology from this study together with a load forecasting method. This combined methodology could then be practically applied to case specific industries with high peak loads. / Det svenska elnätet har historiskt sett varit robust och pålitligt, men i takt med ökad elektrifiering i flera sektorer, utfasning av kärnkraft samt ökad mängd installerad vindkraft ställs nu systemet inför nya utmaningar. Bland annat förväntas rotationsenergin i systemet minska som ett resultat av högre andelar intermittenta energikällor i systemet. För att hantera detta kommer den nya Fast Frequency Reserve (FFR) marknaden finnas tillgänglig från och med juni 2020. Samtidigt förväntas även efterfrågan på el inom transport- och industrisektorn öka markant de kommande åren. Redan idag är effektbrist ett problem i vissa regioner, vilket kan komma att förvärras. Många nätägare ska eller har redan infört effekttariffer för utnyttjande av deras elnät, vilket är ett ekonomiskt incitament för att hantera effektproblematiken där kunder med en mer flexibel elkonsumtion kommer gynnas. För större elförbrukare, som exempelvis industrier, kan det bli ekonomiskt betydelsefullt att sänka sina effekttoppar och därmed undvika höga nätavgifter. För att minska effekttoppar finns ett flertal så kallade peak load shaving-strategier, som kan utnyttjas av industrier för att minska kostnaderna för effekttariffen. Syftet med denna studie är att analysera peak load shaving för svenska industrier, med hjälp av ett Li-Ion batterilagringssystem och efterfrågeflexibilitet, samt maximera utnyttjandet av batteriet genom att inkludera energiarbitrage och deltagande i FFR-marknaden i analysen. Ett första steg i arbetet är att utföra en litteraturstudie för de berörda områdena. I ett andra steg insamlas data tillsammans med WSP, initiativtagaren av projektet, för att kunna göra en fallstudie på två industrier. För dessa fallstudier undersöks de tekniska förutsättningarna för att implementera peak load shaving-strategier genom modellering i simuleringsprogrammet SAM. Sedan utreds de ekonomiska förutsättningarna för fallstudierna, där NPV används som ekonomiskt nyckeltal. Dessutom skapas nio scenarion för den kommande FFR-marknaden för att uppskatta kostnader och inkomster. Resultatet av fallstudien visar att 1 – 3 % kapade effekttoppar med batterilagring ger ett positivt NPV för båda industrierna. Över 3 % blir resultatet negativt utan ytterligare inkomstströmmar inkluderade. Energiarbitrage konstateras att bidra med marginella positiva fördelar. Vid inkludering av FFR-marknaden i analysen erhålls liknande trender i resultaten, bortsett från scenarion med relativt högt antal avrop och pris. I dessa fall blir även 4 – 10 % kapade effekttoppar ekonomiskt attraktiva. För en av industrierna utvärderas efterfrågeflexibilitet, där effektivisering av elkrävande processer har störst inflytande på resultatet. Vid implementering av samtliga effektiviseringsåtgärder skulle elkonsumtionen minska med 17 %. Dessutom minskar effekttopparna med 18 %, vilket resulterar i ett signifikant mer positivt NPV, jämfört med användningen av batterilager. En känslighetsanalys gällande batteripris och effekttariffer, konstaterade att batteripriset har en stark påverkan på NPV. Vid en batteriprisminskning på 60 % ökar NPV med minst 100 %. Därmed kan batteriinvesteringar bli mer gynnsamma och attraktiva om batteripriser fortsätter att falla, vilket flera prognoser indikerar. Slutligen rekommenderas framtida studier att kombinera metodiken från detta arbete med en prognostiseringsmetod för elanvändning i industrier. Denna kombinerade metod kan sedan praktiskt tillämpas på fallspecifika industrier med höga effekttoppar.

The global energy system is under transformation. The energy transition from a centralized, fossil fuel based energy system to a more decentralized, renewable energy based system will challenge the balancing of electricity supply and demand. This stresses the importance of grid flexibility. In this challenge, energy storage will play a valuable role as it can provide flexibility and support the renewable energy integration. More specifically, lithium-ion battery energy storage systems (Li-ion BESS) demonstrate technological advantages and valuable application possibilities in the electricity grid. This thesis examines opportunities and barriers for deployment of grid-scale Li-ion BESS in the Swedish electricity market, and provides an overview of different perspectives of possibilities with BESS from several market actors. The purpose of the exploratory study is to gain an understanding of prospects for grid-scale BESS in Sweden. Through a comprehensive literature study and an empirical study, based on fourteen interviews with various actors in the electricity market, data was collected and analyzed. The analysis of the empirical findings resulted in two tables summarizing opportunities and barriers for implementation of BESS in Sweden. The opportunities and barriers are categorized into three hierarchical levels; contextual level, power system level and BESS level, referring to where in the system the benefits or hinders are localized. Also, key discussion points related to BESS (such as storage time perspective, ownership, grid services, cost, price signals and knowledge gap) are explored and evaluated. Furthermore, to understand the possibilities for grid-scale BESS in Sweden, a potential business setup for BESS is assessed and analyzed to identify preconditions for BESS to be attractive on the Swedish electricity market. The findings of the thesis indicate that grid flexibility is most likely going to be a considerable issue within 10-20 years. By the time of the potential nuclear phase out in Sweden, there will be major instabilities in the electricity grid if solutions are not in place. Therefore, keys to grid flexibility need to be evaluated and planned for well in advance, and the findings indicate that BESS could be a possible part of the solution. Until now, the regulatory framework has been perceived as rather unclear when it comes to energy storage, which has led to uncertainties among the market actors. These unclarities are about to be clarified with new laws and regulations, which will enable potential businesses for BESS. With the changes in the regulatory framework in place, we see an opportunity with new actors on the market. Our analysis shows that the BESS owner will most likely be a commercial actor, to enable utilization of a BESS for combined applications. An important factor, affecting the possibilities of implementing BESS on the Swedish electricity market, is the cost of BESS. We consider the cost aspect as vital for the likelihood of deploying BESS in Sweden. Based on our main findings, we conclude several preconditions for the deployment of BESS in Sweden. These are; decreased costs of BESS, acceptance from market actors, increased knowledge, a trading platform for grid services provided by a BESS, coordination between markets and electricity load forecasts. We believe that if these preconditions are fulfilled, Li-ion BESS has a chance to affect and have an impact on the Swedish electricity market. / Dagens energisystem är under förändring. Det sker en omvandling där energisystemet går från att vara centraliserat och fossilbaserat till att bli mer decentraliserat och baserat på förnybar energi. Detta kommer att utmana balanseringen av elproduktion och elkonsumtion, vilket betonar vikten av flexibilitet i elnätet. I den stundande utmaningen kommer energilagring att spela en viktig roll eftersom det kan bidra med flexibilitet och samtidigt stödja integrationen av mer förnybar elproduktion. Mer specifikt har energilagersystem med litiumjon-batterier flertalet tekniska fördelar och värdefulla användningsområden i elnätet. Det här examensarbetet utforskar möjligheter och hinder för en framtida implementering av nätanslutna litiumjonbatterilager på den svenska elmarknaden och ger en överblick över perspektiv på utsikter för batterilager från flertalet marknadsaktörer. Syftet med den utforskande studien är att få en ökad förståelse för framtidsutsikterna för storskaliga batterilager i Sverige. Genom en omfattande litteraturstudie och en empirisk studie, baserad på fjorton intervjuer med olika aktörer på elmarknaden, samlades data in och analyserades. Analysen av de empiriska resultaten resulterade i två tabeller som sammanfattar möjligheter och hinder för implementering av batterilager i Sverige. Möjligheterna och hindren kategoriseras i tre hierarkiska nivåer; kontextuell nivå, kraftsystemnivå och batterilagersystemnivå, med hänvisning till var i systemet fördelarna eller barriärerna är lokaliserade. Dessutom utvärderas flera betydande diskussionsteman relaterade till batterilager (såsom lagringstid, ägande, nättjänster, kostnad, prissignaler och kunskapsluckor). För att förstå möjligheterna för att etablera batterilager i Sverige har en möjlig affärsuppställning utvärderats och analyserats. Detta för att identifiera förutsättningar för att batterilager ska vara attraktivt på den svenska elmarknaden. Examensarbetets resultat tyder på att nätflexibilitet sannolikt kommer att bli ett betydande problem inom 10-20 år. Den troliga avvecklingen av den svenska kärnkraften kommer att resultera i instabilitet i elnätet om inte lösningar finns på plats. Därför behöver lösningar för att uppnå flexibilitet i elnätet utvärderas och planeras i god tid och uppsatsens resultat visar på att batterilager kan vara en möjlig del av lösningen. Fram till nu har det funnits oklarheter i regelverket gällande energilagring, vilket har lett till osäkerheter hos marknadsaktörerna. Nya lagar och förordningar kommer att klargöra flertalet osäkerheter och möjliggöra potentiella affärer med batterilager. När det förändrade regelverket är på plats, ser vi potential för nya aktörer på marknaden. Vår analys visar på att batterilager med största sannolikhet kommer att ägas av kommersiella aktörer för att möjliggöra kombinerade användningsområden av batterilager. Möjligheterna till implementering av batterilager på den svenska elmarknaden påverkas i hög grad av kostnaden för batterilager. Vi anser att kostnadsaspekten är avgörande för sannolikheten att utnyttja batterilager i Sverige. Vår slutsats är att det finns flertalet förutsättningar för att batterilager ska bli attraktivt och lönsamt i Sverige. Dessa är; minskade kostnader för batterilager, acceptans från marknadsaktörer, ökad kunskap, en handelsplattform för nättjänster som tillhandahålls av batterilager, samordning mellan marknader samt lastprognoser. Om dessa förutsättningar uppnås anser vi att litiumjon-batterilager har en chans att påverka den svenska elmarknaden.

The battery energy storage system (BESS) is crucial for the energy transition and decarbonisation of the energy sector. However, reliability assessment and capital cost challenges can hinder their widespread deployment. Reliability and cost-benefit analysis help address these challenges and assess BESS adoption's feasibility and viability, which is the aim of this project. A BESS contains various components such as battery packs, inverters, a DC/DC converter, a Battery Thermal Management System (BTMS), electrical protection devices, a transformer, and an Energy Management System (EMS). All these fundamental components must be considered to obtain a complete reliability prediction. Most previous studies focused on the reliability analysis of individual components, but few consider all the abovementioned components in collective reliability analysis. In this thesis, each component is mathematically modelled to estimate failure rates and then used to predict the reliability of the overall BESS system. The model accuracy is verified by comparing the computed reliability indices with the values from standards/references, showing that the proposed reliability prediction methods provide reasonable outcomes. Different scenarios to enhance BESS reliability through component redundancy are explored in this project. It is proved that applying component redundancy can boost the overall BESS reliability at the price of an increased capital cost. However, the enhancement in reliability and lifespan due to component redundancy can also curtail maintenance costs. A cost-benefit analysis assesses each scenario's profitability, considering manufacturers' and owners' perspectives. It helps determine the optimal balance between reliability and profitability. Redundancy applied to components with higher failure rates and lower costs improves the reliability and profitability of the BESS. The finding highlights the importance of strategic component selection for enhancing BESS reliability. Careful reliability and cost analysis should be performed simultaneously to find the most optimised BESS scenario. / Batterienergilagringssystemet (BESS) är avgörande för energiomställningen och avkarboniseringen av energisektorn. Tillförlitlighetsbedömning och utmaningar med kapitalkostnader kan dock hindra deras utbredda användning. Tillförlitlighet och kostnads-nyttoanalys hjälper till att hantera dessa utmaningar och utvärdera BESS-antagandets genomförbarhet och genomförbarhet, vilket är syftet med detta projekt. Ett BESS innehåller olika komponenter som batteripaket, växelriktare, en DC/DC-omvandlare, ett Battery Thermal Management System (BTMS), elektriska skyddsanordningar, en transformator och ett energiledningssystem (EMS). Alla dessa grundläggande komponenter måste beaktas för att få en fullständig tillförlitlighetsförutsägelse. De flesta tidigare studier fokuserade på tillförlitlighetsanalys av enskilda komponenter, men få beaktar alla ovan nämnda komponenter i kollektiv tillförlitlighetsanalys. I denna avhandling modelleras varje komponent matematiskt för att uppskatta felfrekvensen och används sedan för att förutsäga tillförlitligheten hos det övergripande BESS-systemet. Modellens noggrannhet verifieras genom att jämföra de beräknade tillförlitlighetsindexen med värdena från standarder/referenser, vilket visar att de föreslagna metoderna för tillförlitlighetsprediktion ger rimliga resultat. Olika scenarier för att förbättra BESS-tillförlitligheten genom komponentredundans utforskas i detta projekt. Det är bevisat att tillämpning av komponentredundans kan öka den övergripande BESS-tillförlitligheten till priset av en ökad kapitalkostnad. Förbättringen av tillförlitlighet och livslängd på grund av komponentredundans kan dock också minska underhållskostnaderna. En kostnads-nyttoanalys bedömer varje scenarios lönsamhet, med hänsyn till tillverkarnas och ägarnas perspektiv. Det hjälper till att bestämma den optimala balansen mellan tillförlitlighet och lönsamhet. Redundans som tillämpas på komponenter med högre felfrekvens och lägre kostnader förbättrar tillförlitligheten och lönsamheten för BESS. Resultatet belyser vikten av strategiskt komponentval för att förbättra BESS-tillförlitligheten. Noggrann tillförlitlighets- och kostnadsanalys bör utföras samtidigt för att hitta det mest optimerade BESS-scenariot.

To enable fast charging of electric vehicles in Stockholm or sites where the electrical energy is limited and the number of chargeable vehicles increases, there is a need to investigate new solutions to comply with the future demand. The goal of this project is to investigate what the conditions are in Stockholm today and investigate what is needed to enable fast chargers in Stockholm city. Both what electrical equipment is necessary and develop a model to simulate the flow for the available energy and the demanded energy from a charging location. The result shows that battery energy storage systems can help the chargers, but to what degree depends on demand and availability. What is shown is, if the total maximum power demand is greater than the available power from the grid, a battery could be beneficial. In the scenarios, it has been enough to have a 150 kWh battery to increase the total charged energy over the day by more than two times what the grid could supply. / För att möjliggöra snabbladdning av elfordon i Stockholm eller platser där elenergin är begränsad och andelen laddbara fordon ökar måste nya lösningar undersökas för att möta framtidens behov. Målet med detta arbete är att undersöka vad det finns för förutsättningar för laddning i Stockholm i dagsläget och undersöka vad som krävs för att införa snabbladdare i Stockholms stad; vilken elektrisk utrustning som krävs samt ta fram en modell för att simulera ett flöde av tillgänglig energi och efterfråga för en laddplats.  Resultatet av studien är att batterienergilagringsystem kan hjälpa laddarna, men de bidrar olika mycket beroende på efterfrågan och energitillgång direkt från nätet. Om det totala maxeffektbehovet från laddgatan är högre än vad elnätet kan leverera kan det vara lönsamt att ha installerade batterier. I dessa scenarion har det räckt med ett batteri på 150 kWh för att kunna öka den energimängd som laddas över till elfordon under ett dygn med mer än dubbla nätets kapacitet.

One of the key challenges the world will need to face during the 21st century is global warming and the consequent climate change. Its presence is indisputable, and decarbonizing the gird emerges as one of the required pathways to achieve global sustainable objectives. Solar energy power plants have the potential to revert this situation and solve the problem. One way to harness this energy is through Concentrated Solar Power plants. The major advantage and potential of this technology is its ability to integrate cost-effective Thermal Energy Storage (TES), which is key with such an inherently intermittent resource. On the other hand, the drawback is the high current Levelized Cost of Energy (LCOE). The other main way to harness that highlighted solar energy is the use of Photovoltaic panels, which have recently achieved very competitive LCOE values. On the other hand, the storage integration is still a very pricey option, normally done with Battery Energy Storage Systems (BESS). As a conclusion, a hybrid power plant combining the LCOE of the PV and the TES of the CSP emerges as the key way of achieving a very competitive solution with a big potential. This master thesis aims at exploring the possibilities of a hybrid CSP and PV power plant with a sCO2 power cycle, integrated in the primary, secondary and tertiary electricity markets. To achieve this purpose, firstly, a Python-based Energy Dispatcher was developed to control the hybrid power plant. Indeed, the Dispatcher is the tool that decides when to produce, when to store… following an optimization problem. This can be formulated mathematically, and that was done and integrated into the Python code using Pyomo, a software for optimization problems. As a result, the Dispatcher achieved an effective control of the plant, showing intelligent decisions in detailed hourly analyses. The results were very promising and included optimization functions as maximizing the profitability of the plant or the total production, among others. To proceed with the Techno-economic assessment of the hybrid plant, the electricity markets were studied. The main source of income of any power plant is normally the revenue from selling electricity to the grid, but since there are several markets, there are also other possibilities. In this thesis, it was assessed from a Techno-Economic perspective how the performance and optimal design of the plants vary when providing different services extra to selling electricity to the grid. The conclusion was that even though the Net Present Value (NPV) achieved working on the spot market was already very high, the extra value added from participating in the secondary or tertiary markets was indisputable. Indeed, the profits attained in those markets were between two and four times higher than the ones of the spot market. This is a specific case, but a trend was identified: these hybrid power plants have a huge possibility and a bright future on the service markets. As a consequence, this thesis shows the huge potential of hybrid power plants integrated in the grid participating in several markets. It also lays the foundation for future studies in other locations, under different conditions and with different technologies, among others.