Global ETD Search

1	Aggregated Demand-Side Energy Flexibility : Residential Assets Potential FCR-D Revenues and Energy Forecast Optimization Eriksson, Erik January 2024 (has links) Today, power grids are designed as a traditional large-scale centralized generation. However, as more renewable asynchronous resources are integrated, the share of rotating synchronous machines decreases. These asynchronous resources lack the inherent inertia from conventional generation, resulting in new challenges in power grid management. Without proper measures, the frequency might deviate significantly during system disruptions. During a frequency deviation, the power system operator activates power reserves to mitigate and maintain the balance. Currently, these reserves the vast majority of hydropower. New technologies for providing these reserves are needed with increasing intermittent power generation. One potential technical asset to reduce these challenges resides in demand-side energy flexibility. Demand-side energy flexibility for residential has mostly been large, but disregarded resources since small individual consumers lack the required capacity to provide ancillary services. This necessitates the need for aggregation as a possible solution. This master thesis aims to investigate the economic potential for utilizing demand response, battery energy storage systems, and electric vehicle charging as a resource for frequency containment reserves to stabilize the power system. The thesis investigates the demand-flexibility for each asset based on residential behavior to determine the complete potential regarding requirements set by the system operator. The study also investigates how ABB AbilityTM OPTIMAX®, as an optimization tool, could optimize the model’s energy demand to generate increased energy cost savings. The results of the investigation’s indicate great potential for all assets when aggregated, especially the aggregation of the battery energy storage system and the wastewater heat pump system. The study showed the tool ABB AbilityTM OPTIMAX®’s energy-saving potential, especially when integrating the model with photovoltaic generation with battery energy storage systems. Observations that led to further discussions included whether oversizing assets could be an option to increase demand flexibility and revenue. / Dagens elnät är konstruerat som en storskalig centraliserad production. Men,när integration av förnyelsebar och asynkrona prodcunter ökar, minskar andelenroterande synkrona generatorer. Dessa asynkrona system tillhandahåller dennaturliga trögheten som konventionella system med roterande massa. Dettamedför nya utmaningar för hantering och kontroll av elnätet. Utan tillräckligaåtgärder kan frekvensen avvika betynade vid ett systemfel. Vid händele av ettsystemfel aktiverar kraftsystemoperatören olika stödtjänster för att minimeraoch balansera frekvensen. I dagsläget står vattenkraften för den absolut störstaandelen av stödtjänster. Med en fortsatt ökande andel av förnyelsebara energislag,kommer det att krävas ytterligare teknologier. En möjligt teknisk lösning äratt utnyttja den redan befintliga förbrukningsflexibiliteten i bostadshus. Närman tidigare räknat på förbrukningsflexibiliteten i bostadshus har man oftabortsett från små och mindre laster då dessa enskilda laster ofta saknar denkapacitet som krävs för att bidra på balansmarknade, vilket kan lösas genomatt aggregera dessa mindre, individuella laster. Målet med detta examensarbeteär att undersöka den ekonomiska potentialen genom att utnyttja den befintligaoch outnyttjade förbrukningsflexibiliteten hos laster i ett bostadsområde genomatt som en resurs bidra med stödtjänster till elnätet . Dessa laster är ventilation,spillvattenvärmepump, belysning, elbilsladdning och batterilagring. För attbestämma den total tillgängliga kapaciteten undersöker även studien varje enskildtillgångs förbrukningsflexibilitet, vilket beror av boendes vanor, väderlek, mm.Slutligen undersöker även studien möjliga energikostnadsbesparingar med attanvända ABBs optimeringsprogram ABB Ability™ OPTIMAX®. Resultatenfrån stuiden visar på stora potentiella ekonomiska inkomster för alla tillgångar,speciellt för batteri system samt spillvattenvärmepumpen. Studien visade ävenpå goda energikostnadsbesparingar genom att använda ABB Ability™ OPTIMAX®,speciellt vid integrering av solcellsproduktion och batteri systemen. Observationersom ledde till ytterligare diskussioner var om överdimensionering av tillgångarkan vara ett alternativ för att öka förbrukningsflexibiliteten och de potentiellaintäkterna.3 Frequency regulation FCR-D Energy demand flexibility Optimization OPTIMAX Energy Engineering Energiteknik
2	Bridging the Knowledge Gap for New Market Entrants in the Swedish Electric Power System : Market development modeling for the FCR-D Up balancing market / Att överbygga kunskapsgapet för nya markandsaktörer i det svenska elkraftsystemet Lindroos, Lukas, Odenlind, David January 2023 (has links) The need for ancillary services is on the rise due to the increasing share of weather-dependent power sources in the electric power system. This master thesis focuses on the Swedish FCR-D Up market. It is a national balancing market for transmission system operator’s procurement of the ancillary service called FCR-D Up, that is the up-regulating frequency containment reserve in case of system disturbances. The FCR-D Up market is undergoing significant changes to adapt to the changing electric power system, which may affect the current market dominance of hydropower suppliers due to the emergence of new suppliers and regulatory changes by the Swedish transmission system operator. This master thesis establishes a conceptual qualitative market development system model for price formation on the FCR-D Up market. The research question addressed is: "What FCR-D Up market developments and regulatory market changes on the supply and demand side respectively are expected in Sweden in the upcoming years, 2024-2026, and how will they affect the market prices?" The research was based on the theoretical concepts of system modeling and price formation, using Soft Systems Methodology. Data was collected from various sources and analysed using CATWOE analysis, Casual Loop Diagram, as well as supply and demand curve model theory. It was concluded that price-influencing market development and regulatory changes are focused on the supply side of the market. These include the market entry of new suppliers, transition to marginal pricing, new technical requirements for market participation and increasing value stacking opportunities for FCR-D Up suppliers on Nord Pool’s electricity markets and the other balancing markets. / Behovet av stödtjänster ökar på grund av den ökande andelen väderberoende kraftkällor i elkraftsystemet. Denna masteruppsats fokuserar på den svenska FCR-D Upp-marknaden. Det är en nationell balansmarknad för transmissionsnätsoperatörens upphandling av den stödtjänst som kallas FCR-D Upp, som är den uppreglerande frekvenskontrollreserven vid störningar i systemet. FCR-D Uppmarknaden genomgår betydande förändringar för att anpassas till det föränderliga elkraftsystemet, vilket kan påverka den nuvarande marknadsdominansen av vattenkraftsleverantörer på grund av tillkomst av nya leverantörer och regulativa marknadsförändringar av transmissionsnätsoperatören. Denna masteruppsats etablerar en konceptuell kvalitativ systemmodell för marknadsutveckling avseende prisbildning på FCR-D Upp-marknaden. Forskningsfrågan är: "Vilken utveckling av FCR-D Upp-marknaden och vilka regulatoriska marknadsförändringar på utbuds- respektive efterfrågesidan förväntas i Sverige under de kommande åren, 2024-2026, och hur kommer de att påverka marknadspriset?". Arbetet baserades på teoretiska koncept kring systemmodellering och prisbildning, med fokus på Soft Systems Methodology. Data samlades in från olika källor och analyserades med hjälp av CATWOE-analys, Casual Loop Diagram samt modellteori för utbuds- och efterfrågekurvor. Slutsatsen var att prisinfluerande marknadsutvecklingar och regulatoriska marknadsförändringar är inriktade på marknadens utbudssida. Det handlar bland annat om nya leverantörers inträde på marknaden, övergången till marginalprissättning, nya tekniska krav för marknadsdeltagande och ökande möjligheter till värdestapling för FCR-D Upp leverantörerpå Nord Pools elmarknader och de andra balansmarknaderna. Ancillary Services Balancing Markets FCR-D Up Market Development Regulative Market Change Price Formation System Modeling Stödtjänster Balansmarknader FCR-D Upp Marknadsutveckling Regulatorisk Markandsförändring Prisbildning Systemmodellering. Engineering and Technology Teknik och teknologier
3	Comparison of fast frequency reserve strategies for Nordic grid frequency stability Ismael, Alexander January 2020 (has links) How long would modern society cope with a power outage, what would happen to vital systems that we today take for granted in modern society. The Nordic electricity grid is facing a major shift where electricity production from non-renewable sources are to be replaced increasingly by renewable sources. By increasing the penetration of wind and solar power the electric power system might be exposed to disturbances due to decreasing inertia as a result of the electricity transition. Currently the electric power system has different reserves to use to maintain frequency stability but there are other reserves that could help further in the fight for the balance between electricity production and consumption. This project examines whether the new reserve service, fast frequency reserve (FFR), can help the existing frequency containment reserve for disturbed (FCR-D) operation. Therefore, two experiments were conducted using the simulation tool ARISTO, addressing relevant issues involving frequency stability. Motivation for the hypothesis was to investigate if FFR could reduce the frequency transients and improve frequency variations by developing various setups and cases when inertia was retained and when the system inertia was reduced at different stages. The results of the experiments showed that the global minimum frequency, nadir, had increased for all test cases compared to the reference case when using FFR, this proved that the FFR in fact help reducing frequency transients. The results showed furthermore that when the FFR had a duration time of 30 seconds compared to only 5 seconds, the frequency variations could be improved for certain setups for experiment 2. Fast frequency reserve FFR FCR-D ARISTO reduced inertia renewable energy transition. Elektroteknik och elektronik
4	Analys av lönsamhetstrategier för elnätsanslutet batterilager i en kommersiell fastighet : En fallstudie med fokus på effekttoppskapning, låglastutnyttjande och anslutning till balansmarknaden Lernstål, Ellinor January 2024 (has links) This master thesis examines the economical profitability of integrating a battery storage system with the commercial property Pyramiden 19. The model is developed in Matlab and analyses three different profitability strategies for utilizing the battery storage: peak shaving, time of use arbritage and the grid supporting service FCR-D up. The modeling of these scenarios involves numerous parameters, with uncertainties surrounding factors such as battery price and characteristics, electricity prices, and the actual activation of grid-supporting services. Results indicate that only minor savings can be modeled through the electricity contracts, leading to both peak shaving and time-of-use arbitrage generating additional costs than previously when factoring in battery investment expenses. Although peak shaving and time of use arbritage are innovating strategies to redistribute consumption with, they are not suitable to reduce costs with all types of electricity contracts and cannot cover largely added investment costs. Looking at the third strategy, the flexibility market appears to hold a significant potential for economical profitability. The model shows that the grid supporting service FCR-D up, with a 2000 kW battery, reduces the initial annual electricity costs by 36%. This can mainly be explained by the fact that, in the model, the battery is activated for only 2% of the total hours in a year, and the fact that the service is compensated based on called bids rather than activated bids. Connection to the balance market would therefore not only generate revenues for the property but would also result in relief for the local electricity grid. Due to the uncertain future regarding compensation levels in the flexibility market, an early connection is recommended to ensure timely reimbursement for the battery. Kommersiell fastighet batterilagring litium-jonbatterier batterianvändning effekttoppskapning låglastutnyttjande flexibilitetsmarknaden stödtjänster FCR-D upp elhandel. Energy Systems Energisystem
5	Vindkraftens möjligheter på stödtjänstmarknaden : Teststudier för en befintlig vindkraftpark / The potential of wind power on the Swedish ancillary service markets : test studies of an existing wind farm Wästerby, Alva January 2021 (has links) I takt med att Sveriges elsystem byggs ut och allt större andel elenergi kommer från förnybar och väderberoende elproduktion såsom vind, så ökar även behovet av stödtjänster som kan balansera frekvensen i elsystemet. Frekvensen i elsystemet fungerar som en indikator på om elsystemet är i balans och för att elsystemet ska vara i balans krävs att elproduktionen hela tiden motsvarar elanvändningen. Examensarbetet har utrett möjligheterna att leverera stödtjänster från en redan befintlig vindkraftpark och har även undersökt hur möjligheterna ser ut i framtiden i och med att marknaderna för stödtjänster utvecklas. I dagsläget finns fem olika frekvensreglerande stödtjänster i Sverige. Dessa är Fast frequency Reserve (FFR), Frequency Containment Reserve-Normal (FCR-N), Frequency Containment Reserve-Disturbance (FCR-D), automatic Frequency Restoration Reserve (aFRR) och manual Frequency Restoration Reserve (FRR). Dessa stödtjänster upphandlas av Svenska kraftnät för att upprätthålla balans mellan produktion och konsumtion i elsystemet. För varje stödtjänst finns olika krav och specifikationer som bland annat vilken frekvens som de aktiveras vid, hur lång tid aktiveringen får ta samt hur långt i förväg de upphandlas etcetera. I kontakt med sakkunniga och i litteratur så framgår det att det är möjligt att leverera någon typ av frekvenstjänst från de allra flesta vindparker. För att börja leverera stödtjänster krävs att vindturbinen har en effektomriktare, vilket de flesta vindkraftverk har i dagsläget. Därefter handlar det främst om program och mjukvaruinställningar i effektomriktaren. Annars fungerar det i stort sett som vanlig pitch-reglering av turbinerna. Inom detta projekt så har även driftdata från en verklig vindpark i Blaiken studerats, där tre olika testkörningar genomförts. I testkörningarna har man testat att styra produktionen från turbinerna genom att göra nedregleringar och uppregleringar för att dokumentera hur parken reagerar. Utifrån data från testkörningarna som jämförs med krav för olika stödtjänster kan slutsatser dras om att stödtjänsterna mFRR, aFRR samt FCR-N bör kunna levereras från Blaiken. De är stödtjänsterna med de mest generösa aktiveringstiderna. Resultatet visar även på möjligheter att jobba med parkstyrningssystemet för att förbättra parkens reglerförmåga och i bästa fall skulle detta kunna medföra att parken även klarar kraven för aktiveringstid av FCR-D. stödtjänster elnätet vindkraft frekvensreglering FFR FCR-N FCR-D aFRR mFRR Annan elektroteknik och elektronik Energy Systems Energisystem
6	Lifecycle Assessment of a Lithium-ion Battery Storage System for Frequency Regulation in a Real-World Application Sulemanu, Samuel January 2023 (has links) Integrating more renewable energy sources into the grid has caused increased instability due to the intermittency of renewable energy sources. Hence, the need for grid balancing strategies such as frequency regulation has intensified. Areim, a Nordic real estate investment company, through this thesis, aims to have an assessment conducted to estimate the environmental benefits or consequences of using their specific battery system as a participant in the Swedish frequency regulation market, using the lifecycle assessment framework. The study only considered the cradle-to-gate lifecycle scope, excluding the product disposal stage, and the impact categories used align with the Environmental Footprint assessment methodology. The functional unit is in per kilo-watthour delivered, and the batteries are expected to deliver 933 kWh of electric energy over the estimated lifetime of 15 years. The normalized carbon emissions caused by delivering 1 kWh of energy for frequency regulation using the status quo prequalified technologies primarily comprised of hydropower, combined heat and power, and battery energy storage produce 4.75 kgCO2eq. Introducing Areim's specific battery system 200 kW bid into the prequalified technologies mix by substitution produces 0.075 kgCO2eq fewer carbon emissions per kWh delivered. The sensitivity analysis further supports that Areim will yield added carbon emission savings by increasing its available prequalified re-source capacity in the market. The findings of this thesis can be used to support Areim and other companies interested in grid support services such as frequency regulation to decide whether it is beneficial to use their specific battery systems for such services from an environmental effect perspective. Frequency Regulation Life Cycle Assessment (LCA) Lithium-ion Battery Simapro Renewable Energy Solar PV Wind Energy Climate Change Energy Engineering Energiteknik
7	Utvecklingen av marknadsvärdet för svenska frekvenshållningsreserver 2024–2030 : En prognos för utvecklingen av marknadsvärdet för frekvenshållningsreserverna FCR-N, FCR-D upp och FCR-D ned på den svenska balansmarknaden mellan 2024 och 2030 / The Development of the Market Value of Swedish Frequency Containment Reserves 2024–2030 : A forecast for the development of the market value for the frequency containment reserves FCR-N, FCR-D up and FCR-D down in the Swedish balancing market between 2024 and 2030 Ludvig, Aldén, Gustav, Espefält, Gabriel, Gabro January 2024 (has links) I takt med en ökad andel variabel förnybar elproduktion i Sveriges energimix blir elnätets flexibilitet allt viktigare för att upprätthålla en stabil elförsörjning. Detta arbete undersöker framtida prognoser för priser och volymer på de svenska frekvenshållningsreserverna FCR-N, FCR-D upp och FCR-D ned fram till år 2030. Prognoser för sådan utveckling är viktiga för elmarknadens aktörer och deras beslut att investera i flexibilitetsresurser. SARIMAX-modeller utvecklades baserade på historisk data och antaganden om framtida utvecklingar, vilka i sin tur grundades på en intervju med en branschexpert samt aktuella kartläggningar och rapporter. Resultaten visar på en markant nedåtgående pristrend. För FCR-N prognostiseras priserna sjunka med 367 % från 2024 till 2030, från 29 euro/MW till 5 euro/MW. FCR-D upp förväntas följa en liknande trend med ett prisfall på 325 %, från 20 euro/MW år 2024 till 4 euro/MW år 2030. Den kraftigaste prisnedgången prognostiseras för FCR-D ned, där priserna beräknas rasa med över 1900 % under samma period - från 61 euro/MW år 2024 till endast 3 euro/MW år 2030. Vad gäller volymer visar prognoserna på en relativt stabil utveckling kring upphandlingsplanerna, med en viss ökning för FCR-D ned på 44 % från 2024 till 2030. Den pågående etableringen av batterilager förutses ha stor påverkan genom att öka konkurrensen och pressa priserna nedåt. De låga prisnivåerna 2030 kan dock göra det utmanande att motivera investeringar enbart baserat på intäkter från FCR-marknader. Vidare diskuteras modellernas begränsningar samt behovet av framtida forskning kring batteriteknik, råvaruaspekter och avancerade simuleringsmodeller för att bättre förstå marknadsdynamiken. / As the share of variable renewable electricity production increases in Sweden's energy mix, the flexibility of the power grid becomes increasingly important to maintain a stable electricity supply. This study aims to forecast prices and volumes of the Swedish frequency containment reserves FCR-N, FCR-D up, and FCR-D down until 2030. Forecasts of such developments are important for electricity market participants and their decisions to invest in flexibility resources. SARIMAX models were developed based on historical data and assumptions about future developments, which in turn were based on an interview with an industry expert as well as current reports. The results indicate a significant downward price trend. For FCR-N, prices are forecasted to decrease by 367% from 2024 to 2030, dropping from 29 euros/MW to 5 euros/MW. FCR-D up is expected to follow a similar trend with a 325% price drop, from 20 euros/MW in 2024 to 4 euros/MW in 2030. The sharpest price decline is forecasted for FCR-D down, where prices are estimated to plummet by over 1900% during the same period - from 61 euros/MW in 2024 to only 3 euros/MW in 2030. Regarding volumes, the forecasts show a relatively stable development around the procurement plans, with a certain increase for FCR-D down by 44% from 2024 to 2030. The ongoing establishment of battery storage is expected to have a major impact by increasing competition and putting downward pressure on prices. However, the low price levels in 2030 may make it challenging to justify investments based solely on revenues from FCR markets. Furthermore, the limitations of the models are discussed, as well as the need for future research on battery technology, raw material aspects, and advanced simulation models to better understand market dynamics. FCR frequency containment reserves FCR-N FCR-D up FCR-D down upregulation downregulation variable renewable energy VRE power grid power system flexibility electricity supply stable forecast electricity market SARIMAX time series modeling data price volume market value energy storage battery storage battery park batteries competition time series flexibility resource flexibility service risk system effect future scenarios scenario balancing market volume development investment decisions scenario analysis uncertainty management sensitivity analysis competitive situation commodity prices technology development policy impact capacity expansion profitability calculations risk management FCR frekvenshållningsreserver FCR-N FCR-D upp FCR-D ned uppreglering nedreglering variabel förnybar energiproduktion VRE elnät kraftsystem flexibilitet elförsörjning stabil prognos elmarknad SARIMAX tidsseriemodellering data pris volym marknadsvärde energilagring batterilager batteripark batterier konkurrens tidsserie flexibilitetsresurs flexibilitetstjänst risk systemeffekt framtidsscenarier scenario balansmarknad volymutveckling investeringsbeslut scenarioanalys osäkerhetshantering känslighetsanalys konkurrenssituation råvarupriser teknologiutveckling policypåverkan kapacitetsutbyggnad lönsamhetsberäkningar riskhantering Energy Systems Energisystem

1

Page generated in 0.029 seconds