growing concern on achieving environmental sustainability and at the same time making economical savings has become a necessity in our society. The prices of different battery energy storage technologies together with PV cells are declining all around the globe which has led to the fact that there is an increased interest in investing and using these technologies to be able to reach environmental sustainability. The combined system however, must be accurately calculated both when it comes to the sizing and the different costs related to the combined system to be able to make an economical saving. This thesis addresses both of those aspects in Sweden where a residential building with roof-top installed PV system is assessed with a battery energy storage system. An investigation is necessary to be able to assess the different battery storage technologies available in the market today with their specific technical and economical specifications. The electricity market in Sweden, the role of the Distribution System Operator on the electricity pricing with different time tariffs and fuse size subscription, PV generation and battery specifications are investigated and modeled in this study. Sizing of the different battery technologies for the given system is accomplished through a methodology that is developed in this project for the Swedish system. The calculated size of the battery is then used in the Life Cycle Cost analysis, using Monte Carlo simulations for a chosen period of 25 years.Calculations shows that the most appropriate size for the battery system with the given parameters is 6 kWh for all the battery types investigated in this study. The size of the batteries is also shown to be mainly dependent on the charging/discharging time together with the set fuse size margin. Profitability of the Battery Energy Storage system is proven to be mainly dependent on the fuse size downgrade. Sulphur-Sodium battery result in the greatest savings while Vanadium Redox batteries in the least when sizing the batteries. Lithium-Ion battery technology however is most likely to result in the lowest Levelized Cost of Electricity, total- and cycle costs while the highest Net Present Value with 90 % probability in the Monte Carlo simulations. Lithium-Ion battery technology is also found to have the highest probability of having a positive NPV compared to the lowest probability for Sulphur-Sodium battery technology. Lead-Acid battery technology is however shown to have the least uncertainties compared to other Battery Energy Storage technologies due to its maturity. It is additionally shown that government subsidy plays a crucial role when investing in the battery storage system. However, even with the case of removed government subsidy, Lithium-Ion battery technology still results in the largest probability of having a positive NPV while Sulphur-Sodium battery technology results in the lowest probability of having a positive NPV. / Den växande oron för att uppnå miljömässig hållbarhet och samtidigt göra ekonomiska besparingar har blivit en nödvändighet i vårt samhälle. Priserna på olika energilagrings teknologier så som batterier tillsammans med PV-celler minskar runt om i världen vilket har lett till att det finns ett ökat intresse när det gäller att investera och använda dessa teknologier för att kunna nå miljömässig hållbarhet. Det kombinerade systemet måste dock noggrant beräknas både när det gäller storleken och de olika kostnaderna för det kombinerade systemet för att kunna göra en ekonomisk besparing. Denna avhandling behandlar båda dessa aspekter i Sverige där en bostadsbyggnad med takmonterat PV system utvärderas med ett batteri system. En undersökning är nödvändig för att kunna bedöma de olika batteri teknologier som finns tillgängliga på marknaden idag med sina specifika tekniska och ekonomiska specifikationer. Elmarknaden i Sverige, Distribution System Operatörs roll för elprissättning med olika tidstariffer och säkringsabonnemang, PV-generation och batterispecifikationer undersöks och modelleras i denna studie. Dimensionering av olika batteri teknologier för det givna systemet uppnås genom en metod som utvecklats i detta projekt för det svenska systemet. Den beräknade storleken på batteriet används sedan i livscykelkostnadsanalysen, med Monte Carlo-simuleringar under en vald period på 25 år. Beräkningar visar att den optimala storleken för batterisystemet med de angivna parametrarna är 6 kWh för alla batterityper som undersöktes i denna studie. Batteriets storlek visar sig också vara huvudsakligen beroende av laddning / urladdningstiden tillsammans med den inställda säkrings storleken. Lönsamheten hos batterilagringssystemet visar sig vara huvudsakligen beroende av säkringens nedgradering. Svavel-Natriumbatteriet resulterar i de största besparingarna medan Vanadium Redox batteriet i de minsta när dimensionering av batteriet äger rum. Litium-Ion batteriet är emellertid sannolikt att leda till den lägsta nivån av elkostnader, total- och cykelkostnader, medan det högsta nettoförsäljningsvärdet med 90% sannolikhet i Monte Carlo-simuleringarna. Litium-Ion batteriet befanns också ha den högsta sannolikheten att ha en positiv NPV jämfört med Svavel-Natriumbatteriet som resulterar i den lägsta sannolikheten. Lead-Acid batteriet visar sig ha den minsta osäkerheten i jämförelse med andra batterilagrings teknologier på grund av dess mognad. Det framgår dessutom att statlig subvention spelar en avgörande roll när man investerar i ett batteri lagrings system. Dock även med borttagna statliga subventioner, resulterar Litium-Ion batteriet fortfarande största sannolikheten för att ha en positiv NPV, medan Svavel-Natriumbatteriet resulterar den lägsta sannolikheten för att ha en positiv NPV.

Dagens samhälle har stort beroende av central elförsörjning för att ha kapacitet att fungera. Beroendet av centrala produktionsenheter kopplade till stamnätet kan i sin tur göra det svenska elnätet mer sårbart och ostabilt. En potentiell lösning för att göra nätet mer resilient och stabilt är att bygga ut nätet med mindre lokala nät kompletterade av lokala energilager. Dessa energilager kan bestå av villabatterier men även genom att utnyttja elbilar via olika integrationer av V2X. På grund av det ovanliga jordningssystemet i Sverige, utan lokala jordtag i hemmen, är kravet på jordtag en mycket viktig fråga att undersöka för att inte förhindra utvecklingen och utökningen av energilager. Det EU-direktiv som idag gäller vid inmatning från generatorer, RfG, inkluderar uttryckligen inte energilager. Detta skapar en ”lucka” i regelverket där det saknas tydliga krav för energilager och elbilar. Historiskt sett har kraven för ödrift grundats i kraven för reservkraftsystem med en teknik som skiljer sig från den kraftelektronik med växelriktare som existerar idag. Denna studie syftar till att kartlägga de krav som finns för inmatning till det centrala nätet eller det lokala önätet via växelriktare. Det syftar även till att undersöka huruvida de krav som identifierats är applicerbara på modern teknik eller om de behöver uppdateras. Kraven identifierades genom en litteraturgenomgång av det svenska regelverket för el och genom 17 intervjuer med aktörer från myndigheter, organisationer, nätbolag, tillverkare och högskolor där ”krav-kartan”, se nedan bild, även förankrades och utvecklades. Studien visade att det finns en uppdelning för vilka funktioner som relaterar till vilka krav där den tydligaste skillnaden är att kravet på lokalt jordtag endast existerar för anläggningar som är förutsatta att drivas i ödrift. Studien visar även att ett flertal av de krav som identifierats inte är helt applicerbara på det svenska perspektivet eller på modern kraftelektronik och behöver uppdateras. / Todays society has a great dependence on central power production in order to function. The reliance on central production on the main grid exposes the Swedish power grid and makes it more vulnerable and unstable. One potential solution to make the grid more resilient is to expand the network with local micro grids with energy storage. These microgrids can be powered by home batteries but there is also the potential of utilizing electric vehicles through various V2X integrations. Due to the unusual grounding system in Sweden without local earth electrodes in the homes, the requirement for earthing is a very important issue to investigate to prevent any hinders on the development of local energy storages. The EU directive that regulates the requirements for generators, RfG, explicitly does not include energy storage requirements, creating a void in the regulations where there are no clear requirements for energy storages and electric vehicles. Historically, the requirements for island operations have been decided on the requirements for reserve/backup power system which utilizes generators that differs from the power electronics with inverters that are utilized today. This study aims to identify the requirements for feeding while “grid connected” and while in island mode. It also aims to investigate whether the identified requirements are applicable to modern technology or if they need to be updated. The requirements were identified through a literature overview of the Swedish regulations for electricity and through 17 interviews with stakeholders from authorities, organizations, grid companies, manufacturers, and universities, where the "map of requirements" was also discussed and developed. The study showed that there is distinction what requirement relate to what function, where the clearest difference is that the requirement for local earth electrodes only exists for buildings intended for island-operations. The study also shows that several of the identified requirements are not fully applicable to the Swedish perspective or to modern power electronics and need to be updated.

I Sverige läggs stort fokus på omställningen till ett hållbart och klimatneutralt samhälle, där avkarbonisering och elektrifiering av transportsektorn anses avgörande för att minska utsläpp av växthusgaser. En storskalig batteriproduktion i Sverige och i Europa medför nya problem kring hållbarhetsaspekter gällande utvinning av råvara som exempelvis litium, kobolt och nickel. Men även andra problem gällande avfallshanteringen av litiumjonbatterier. Återvinning och återbruk av litiumjonbatterier anses vara en viktig del i strävan mot en cirkulär batteriproduktion. Dock finns svårigheter med implementering av dessa processer på en storskalig marknad gällande ekonomiska, miljömässiga och tekniska aspekter. Syftet med arbetet är att kartlägga för- och nackdelar med återbruk av littiumjonbatterier i kontrast till återvinning av littiumjonbatterier som nått sitt förbruknings- (EoL - End of Life) tillstånd och identifiera viktiga aktörer för marknadsutökning av både återbruk och återvinning av litiumjonbatterier. En litteraturstudie gjordes tillsammans med en intervju med företaget Vattenfall. Genom detta identifierades ekonomiska, tekniska och miljömässiga aspekter gällande återvinning och återbruk av litiumjonbatterier.   Resultatet av rapporten visar att smarta automatiserade dataanalyser (smarta algoritmer som självständigt kan sortera olika typer av batterier, fatta beslut om batteriernas tillstånd och genom användning av sensorer kan mäta och kontrollera temperaturförändringar) krävs för att göra batteriåtervinning och återbruk effektivare, säkrare och mer ekonomiskt lönsamt.  Återbruk av litiumjonbatterier förlänger batteriets livslängd där metaller knyts till batterier under en längre tid och kan hjälpa till att minska flaskhalsproblematiken gällande ohållbar metallutvinning. Återbruk kan vara bättre än återvinning ur miljösynpunkt i exempelvis energilagringsapplikationer kopplade till förnybar energiproduktion. Litiumjonbatteriet står för en stor del av elbilens miljöpåverkan. Återbruk av elbilsbatterier i diverse applikationer kan därför göra att elbilens miljöpåverkan minskar då batteriets miljöpåverkan inte bara knyts till elbilen. Idag anses återvinning mer ekonomiskt lönsam och det finns fler aktörer och ekonomiska incitament för att stärka batteriåtervinning än för batteriåterbruk. / Sweden places a lot of focus on the transition to a sustainable and climate-neutral society, where decarbonisation and electrification of the transport sector are considered crucial to reducing emissions of GHG (greenhouse gas). Large-scale battery production in Sweden and in Europe brings new problems regarding waste management and the demand for raw materials used in the manufacturing of lithium-ion batteries. Recycling and reuse of lithium-ion batteries could be an important part of the effort towards a circular battery production chain. However, there are difficulties in implementing these on a large-scale market when it comes to financial, environmental and technical points of view. The purpose of this report is to map the pros and cons of reusing lithium-ion batteries in contrast to recycling the lithium-ion batteries that have reached their EoL (End of Life) and to identify important actors for both methods. A literature study was made as well as an interview with the company Vattenfall. Through this, economical, technical and environmental aspects regarding recycling and reuse of lithium-ion batteries were identified.  The results of the report show that automated data analysis (smart algorithms that can independently sort different types of batteries) is required to make battery recycling and second-life batteries more efficient, safer and more economically viable. The reuse of lithium-ion batteries has the possibility of extending the battery's lifetime and the metal usage and thereby reducing the bottleneck problem regarding unsustainable metal extraction. Second-life applications of LIBs can be better than recycling from an environmental point of view in, for example, energy storage applications linked to an increase in renewable energy. Reusing electric car batteries in other applications can reduce the electric car's environmental impact from a life cycle perspective. Today, there are more financial incentives to strengthen battery recycling than battery reuse.

The grid connected solar PV system with battery storage is one of the promising alternativeenergy solutions for electricity consumers. The Local System Operator (LSO) will be a newactor to operate its own energy system by integrating PV and battery system with other technicalsolutions. This thesis investigates the technical and economic viability of a grid connected PVsystem with battery storage in behind-the-meter approach for aggregated residential load toassess the LSO model for the present conditions in Sweden.The system model is developed using the System Advisory Model (SAM) – a simulationsoftware for renewable energy system analysis. The PV system model is designed using solarirradiation profile and fifty multi-dwelling aggregated residential load data from Sweden. Theappropriate design inputs of solar PV module, inverter and system loss are taken from previousstudies. The electricity price is analysed from the comparative study of Nord-pool wholesaleprice, market retail price and distribution grid tariffs. The financial metrics such as discountrate, inflation rate, system cost and currently available PV incentives are considered to make anaccurate model. To help with the assessment, three cases are formed; the first case representsonly the PV system and the other cases include storage - using a lithium-ion or lead-acid battery.This comparative study helps to determine the optimum PV and battery size at two differentlocations in Sweden.The optimum net present value (NPV) and profitability index (PI) is found at the 40 kW PVand 3 kWh battery system at Karlstad, Sweden. The optimum case is considered for furtherinvestigation to evaluate the system life time energy profile, electricity bill saving capabilityand battery performance. The system peak shaving potential is investigated by making twoother scenarios with higher battery capacity. Sensitivity analysis is also performed to assess thesystem’s technical and financial input parameters. The system capacity factor at the site locationis found as an influential parameter to the annual production and profitability. The optimumsize of PV system with a lithium-ion battery investment is found feasible for the LSO realimplementation only considering the current PV incentives and electricity price in Sweden. Thereport concludes with the assessment, the technical and economic feasibility of the studied PVand battery storage system profitability depends on the system site location, residential loadsize, consumer electricity cost and available PV incentives. / solcellsystem (PV) med batterilagring är en lovande alternativenergilösning förslutkonsumenten. Den 'local system operator', LSO, blir en ny aktör som driver egetenergisystem genom att integrera PV- och batterisystem med andra tekniska lösningar. Dennaavhandling undersöker det tekniska och ekonomiska genomförbarhetet i ett nätanslutet PVsystem med batterilagring i 'bakom mätaren' scenario för aggregerade bostäder i ettflerbostadshus, för att urvärdera LSO modellen.Systemmodellen är utvecklat med 'system advisory model' (rådgivande modell), SAM, ettsimuleringsprogram för förnybara energisystem. PV systemparametrarna beräknas med hänsyntill väderprofiler och lastdata från Sverige. Lämpliga parametrar för solcellsmoduler, omriktareoch systemförluster tas från tidigare studier. Slutkonsumenternas elpriser analyseras frånjämförande studie av NordPool grosshandelspris, konsumentpris och distributionnätstariffer.Finansiella mått såsom system kostnad, rabatt och inflationstakten och tillgängliga incitamentför PV investeringar används för att göra modellen noggrannare. Tre fall undersöks; det förstarepresenterar systemet med bara PV, och de övriga fallen lägger till lagring, genom antingenlitiumjon eller bly-syre batterier. Denna jämförande studie är ett underlag för att bestämma denoptimala PV och batteristorleken för anläggninar på två olika område i Sverige.Den optimala netto nuvarande värde (NPV) och lönsamhet index (PI) är på 40 kW PV systemetoch 3 kWh batteri på Karlstad, Sverige. Ytterligare undersökning av detta fall används för attutvärdera energiprofilen under systemets livstid, möjlighet till minskad elräkning, och batterietsprestanda. Potential för utjämning av systemets topplast utreds genom att skapa två andrascenarier med högre batterikapacitet. Känslighetsanalys utförs också för att bedöma de tekniskaoch ekonomiska parametrarna. Den optimuma storleken på PV system med ett litium-jonbatterifinns rimligt för LSO riktiga genomförande med tanke på incitamenten. Simuleringsresultatenoch systemkonsekvenserna av LSO modellen diskuteras. Rapporten visar att den tekniska ochekonomiska genomförbarheten av det studerade PV systemet med litium-jon batteri beror påslutkonsumentelpriset, PV incitament och globala trender i kostnaderna försystemkomponenter, samt på valet av lämplig plats med en effektiv analys av väder profil ochsystemetförluster.

In the eastern part of Stockholm, a major urban development project is taking place. It is called Stockholm Royal Seaport and up to the year 2030 approximately 12000 new homes, 35000 workplaces and 600000 square meters of commercial areas will be added to the area. The project has been given a very ambitious environmental action program. As a part of that, the City of Stockholm has established a logistics centre in the area. The logistics centre is supposed to coordinate all transports of building material and handle the waste during the construction phase. One objective with the logistics centre is to reduce the number of transports and thereby reduction in the use of energy. The thesis-work mainly focused on developing an optimisation program for electricity supply to the logistics centre, in order to find the optimal way of managing charging and the use of electrical energy, when the logistics centre has procured a new batterypowered truck. The main objective is to minimize the purchase of power bought from the grid, for the loads at the logistics centre at Stockholm Royal Seaport. This thesis not only focused on this site in particular, but the work also resulted in creating a benchmark model that could be used for studying the electrification process for other construction sites in general. The logistics centre contains stationary battery storage, electrified distribution trucks, a PV generation system, and other electrical loads at the site. This thesis aimed at considering all the limitations and constraints for all the resources at the site and then finding an optimal method of utilising these resources in order to minimize the overall energy consumption. In this thesis, the optimal sizing of the battery for an electrified distribution truck is also performed considering the overall functional requirements of the distribution truck. Various charging strategies have been identified and simulated to understand the routines of charging the truck and their direct impact on the grid due to the purchase of energy during various hours of the day. The work resulted in optimised use of assets at the site during different hours of the day. The simulation work identified the best strategy and the use of resources at the site thus saving some amount of energy consumption at the site. This directly resulted in saving overall operational costs of the logistics centre. / I den östra delen av Stockholm pågår ett stort stadsutvecklingsprojekt. Det kallas Norra Djurgårdsstaden och fram till år 2030 kommer cirka 12000 nya bostäder, 35000 arbetsplatser och 600000 kvadratmeter kommersiella områden att läggas till området. Projektet har fått ett mycket ambitiöst miljöprogram och som en del av det har Stockholm stad inrättat ett logistikcenter i området. Logistikcentret ska samordna alla transporter av byggmaterial och hantera avfallet under byggfasen. Ett mål med logistikcentret är att minska antalet transporter och därmed minska energianvändningen. Examensarbetet fokuserade främst på att utveckla ett optimeringsprogram för elförsörjningen till bygglogistikcentret för att hitta det optimala sättet att hantera laddning och användning av elektrisk energi när logistikcentret investerar i en ny batteridriven lastbil. Huvudmålet är att minimera importen av elkraft som köps från nätet för att försörjar lasterna vid Norra Djurgårdsstadens Bygglogistikcenter. Målet är att göra en vägledande modell som kan användas för att studera elektrifieringsprocessen för byggarbetsplatser i allmänhet. Detta logistikcenter innehåller stationär batterilagring, elektrifierade distributionsbilar, ett PV -genereringssystem och andra elektriska laster på platsen. Syftet med denna avhandling var att överväga begränsningarna och resurserna på platsen och sedan hitta en optimal metod för att använda dessa resurser för att minimera den totala energiförbrukningen. I detta examensarbetet utförs också den optimala dimensioneringen av batteriet för en elektrifierad distributionsbil med beaktande av de övergripande funktionella kraven för distributionsbilen. Olika laddningsstrategier har identifierats och simulerats för att förstå rutinerna för laddning av lastbilen och dess direkta påverkan på nätet på grund av inköp av energi under olika timmar på dygnet. Arbetet resulterade i optimerad användning av tillgångar på platsen under olika timmar på dygnet. Simuleringsarbetet identifierade den bästa strategin och användningen av resurser på platsen, vilket sparar en viss energiförbrukning på platsen. Detta resulterade direkt i att spara logistikcentralens totala driftskostnader.

The ocean has tremendous potential in terms of energy generation, and wave energy is especially promising. However, wave energy technology is still non-commercial. Along with ambitious renewable energy targets and investments, much is happening within the field and the wave energy converter developers CorPower Ocean intend to have their technology proven in the upcoming years. This study aims at investigating the value of commercial wave energy in an energy system. This is fulfilled by the possibilities of achieving 24/7 Carbon-free Energy with the wave energy technology from CorPower Ocean at the stage of commercialization. An energy system is modeled with wave energy, floating offshore wind energy, lithium-ion battery storage and the Portuguese national grid, supplying Northvolt’s and Galp’s future lithium conversion facility in Portugal. Different system configurations are compared based on three Key Performance Indicators: 24/7 Carbon-free Energy performance, system emission, and cost for the electricity consumer. In addition, a review of available financial support mechanisms for renewable energy technologies and especially wave energy is done to understand how such mechanisms can affect the economic feasibility of the energy system modeled. The wave energy technology from CorPower Ocean shows to have a high power output and 24/7 carbon-free Energy performance in this study. Although a combination of wave and floating offshore wind energy better ensure energy security with generation profiles that peak at different times, the modeling shows that a system with wave energy alone is preferred for supplying the facility with electricity both from an environmental and economic perspective. The economic feasibility of Lithium-ion battery storage in the system is uncertain and to achieve 24/7 Carbon-free Energy supply of the facility a longer duration storage solution is needed. The price for wave energy in this study is higher than for other commercial renewable energy technologies such as solar PV. However, based on the available financial support structures from governments and other stakeholders, wave energy technology has the potential to be competitive as soon as the technology is proven. / Energigenerering från våra hav har stor potential, inte minst från vågkraft. Trots att vågkraftstekniken ännu inte har nått ett kommersiellt stadie händer det mycket inom området i takt med fler ambitiösa miljökrav och investeringar. CorPower Ocean utvecklar vågkraftsteknik och planerar att ha sin teknik bevisad inom några år. Den här studien syftar till att undersöka värdet av kommersiell vågkraft, vilket uppfylls genom möjligheterna till förnybar el 24 timmar om dygnet med CorPower Ocean’s vågenergiomvandlare. Ett energisystem modelleras med vågkraft, flytande vindkraft, litium-jon batterier och det portugisiska elnätet för att försörja Northvolts och Galps planerade anläggning för litiumkonvertering i Portugal. Olika systemkonfigurationer är jämförda utifrån tre parametrar: 24/7 förnybar el prestation, systemutsläpp och elkostnad för konsumenten. I tillägg utförs en studie om vilka finansiella supportmekanismer som finns för hållbar energiteknik och speciellt för utvecklingen av vågkraft. Detta för att få insikt i om vågkraft kan få finansiellt stöd och konkurrera med andra förnybara energitekniker. Studien visar att vågkraftstekniken presenterar bra utifrån de tre parametrarna. Trots att en kombination av våg och flytande vindkraft ger bättre elsäkerhet med alternerande produktionskurvor visar modelleringen att ett system med endast vågkraft är att föredra både från ett ekonomiskt och ett miljöperspektiv. En investering av litium-jon batterier i energisystemet är tveksam och för att uppnå förnybar elförsörjning av anläggningen 24 timmar om dygnet krävs en energilagringsteknik som möjliggör lagring över längre perioder. Priset för vågkraft i studien är högre än för andra kommersiella förnybara energitekniker så som solpaneler. Baserat på det finansiella stöd som finns från myndigheter och andra intressenter så är det möjligt för vågkraften att bli konkurrenskraftig så fort tekniken är bevisad.

In order to handle the mismatch between photovoltaic (PV) electricity production and household electricity use, battery storage systems can be utilized. However, the profitability of PV-battery systems in Sweden is poor, and economic incentives for households to invest in such systems are therefore missing. Hence, it is important to improve the profitability to increase the number of PV-battery installations. The aim of this thesis is to investigate the techno-economic potential of a PV-battery system offering ancillary services, more specifically the primary frequency regulation FCR-N. Five cases of residential PV-battery installations are investigated: the first with a PV system only, the second with a PV-battery system to store surplus PV electricity, and the three other cases with PV-battery systems with the ability to regulate the grid through FCR-N to varying degrees. The results show that providing FCR-N with a PV-battery system offers a substantial techno-economic potential for the system owner. By using available battery capacity for FCR-N, the payback time for a PV-battery system can be shortened significantly. With a battery price of EUR 570 per kWh (VAT excluded) and a discount rate of 2%, the payback time for the entire system can decrease from 32 to 9 years if the battery is used for FCR-N regulation. Furthermore, the payback time for a battery storage can be shortened with FCR-N. Calculated with respect to the economic added value of a battery and with a discount rate of 5%, the payback time can decrease from over 100 years to 4 years.

In this thesis the potential benefits of combining a photovoltaic (PV) system with a battery storage are investigated. The thesis is conducted at the company WSP in Uppsala and the aim is to design a PV system for the new city bus depot that is planned to be built in Uppsala, estimate the PV system capacity and investigate whether a battery storage can increase the self-consumption of the system. The results of this study are that the most appropriate installation of the PV modules is to place them horizontally on the roof and by that one can achieve an installed power of 715 kWp and a total annual electricity production of 871 MWh. This corresponds to a self-sufficiency of 29 % and a self-consumption of 92 %, which indicate that overproduction of electricity sometimes occurs. How different battery storages, based on both lead-acid and lithium-ion batteries, affect the system is evaluated by developing a battery model in MATLAB. From the results of the battery model it is concluded that battery storages with a capacity of 0.3–0.8 kWh/kWp are most suitable to combine with the PV system and this applies to both lead-acid and lithium-ion batteries. The interval 0.3–0.8 kWh/kWp corresponds to battery capacities of 200–600 kWh and the self-consumption increases to 93–94 % for the lead-acid battery storages and to 93–95 % for the lithium-ion battery storages. The economic analysis show that it is generally more profitable to increase self-consumption of self-produced PV power than to sell it to the grid. However, the high costs that are associated with the battery storages eliminates the economic benefits of the increased self-consumption of PV power. Therefore, it is not considered possible to justify the installation of a battery storage at the bus depot.

As intermittent renewable energy sources such as wind and solar power gradually increase around the world, older technologies such as nuclear power is phased out in Sweden and many other countries. It is then important to ensure that the total power need is secured, and that the power grid can remain stable. One way of managing intermittent renewables is by using energy storage. The main goal of this thesis was to compare energy storage methods and their costs. A secondary aim was to investigate how the cost of developing more renewable energy sources, in combination with different energy storage methods, compares to erecting new nuclear power. This thesis was limited to three energy storage technologies, namely pumped hydro storage (PHS), compressed air energy storage (CAES), and four battery storage technologies. They were combined with wind power in the cost analysis. The comparison was done by performing a literature review and economical calculations, which focused especially on levelized cost of storage (LCOS). The results from the economic calculations indicated that PHS and CAES had lower LCOS than battery storage technologies. Similar results could be seen in the literature review as well. When comparing levelized cost of energy (LCOE) nuclear power had the lowest, €0.03-0.12 kWh-1, followed by wind power in combination with PHS and CAES, both around €0.07-0.24 kWh-1. This result was maintained also at sensitivity analysis regarding the discount rate, which both nuclear power and PHS proved rather sensitive to. Keywords: energy storage, nuclear power, wind power, pumped hydro storage, compressed air energy storage, battery energy storage, levelized cost of energy, Sweden

蓄電池は携帯機器，電気自動車をはじめ，自然エネルギー有効利用に至るまで広範囲に利用され，その重要性はますます高まっている。これら機器の使用時間や特性は蓄電池の特性に大きく依存することから，電池自体の特性改善に加え，劣化を診断してより効率的に電池を運用することが求められている。本論文は，非線形情報処理を得意とする人工知能を用いた2次電池の劣化診断法を開発し，エネルギーの有効利用に資する技術を確立した。機器動作時の電池電圧・電流波形と電池劣化特性との関連性を，人工知能を用い学習することにより，機器稼働時に電池の劣化を診断することができる。なお，この関連性は非線形で複雑であるが，非線形分析を得意とする人工知能は劣化診断に適している。学習には時間を要するものの，診断は短時間になし得ることから，提案法は稼働時劣化診断に適している。本論文では，この特徴を生かし，電池の等価回路（ECM）を導出し，充電率（SOC），容量維持率（SOH）を推定している。また，本論文では現在産業応用分野で用いられている，リチウムイオン電池，ニッケル水素電池，鉛蓄電池を対象とし，提案法はあらゆる電池使用機器に応用可能である。また，提案法を電池状態監視装置（BMU）や，マイコンなどを用いた組み込みシステムに応用可能とし，実証している。以上のことから，本論文は，新たな蓄電池の劣化診断法の確立し，その有効性を確認している。 / The importance of rechargeable batteries nowadays is increasing from the portable electronic devices and solar energy industry up to the development of new EV models. The rechargeable batteries have a crucial role in the storage system, mostly in mobile applications and transportation, because the period of its usage and the flexibility of the function are determined by the battery. Due to the black box approach of the ANN it is possible to connect the complex physical phenomenon with a specific physical meaning expressed with a nonlinear logic between inputs and output. Using specific input data to relate with the desired output, makes possible to create a pattern connection with input and output. This ability helps to estimate in real time the desired outputs, behaviors, phenomes and at the same time it can be used as a real time diagnosis method. / 博士(工学) / Doctor of Philosophy in Engineering / 同志社大学 / Doshisha University