The increasing amount of renewable energy being connected to the power grid, and the intermittent nature of these resources, calls for increased grid flexibility to ensure operational safety and stability. An effective solution to address this need could be through wider implementation of various energy storage technologies. Stationary lithium-ion battery energy storage systems have already been successfully deployed at various locations around the world and has a proven track record of providing valuable services to the grid. The increasing number of battery electric vehicles could imply a vast untapped resource of flexibility as they rely on similar battery technology.Realising this potential could be achieved through the successful implementation and adoption of vehicle-to-grid technology, enabling bi-directional charging between BEVs and the power grid. This thesis first explores the concept of vehicle-to-grid technology through a literature review. The second part of this thesis aims to quantify the revenue potential from one identified value stream for vehicle-to-grid enabled vehicles. This is done through the development of a model, quantifying the revenues generated from participation on the Swedish balancing markets with a fleet of electric trucks over one year. The literature review reveals over 100 documented projects worldwide with physically implemented vehicle-to-grid technology. Different AC- and DC system configurations are being tested as well as the implementation of standards and protocols developed by stakeholders in the vehicle-to-grid ecosystem. Key focus areas have been to ensure interoperability and safety, whilst social aspects of vehicle-to-grid technology remains inadequately explored in existing literature. Numerous value streams can be derived from vehicle-to-grid enabled vehicles and like stationary energy storage systems, its full economic potential can be unlocked by stacking these value streams. Focusing solely on one value stream, the model presented in the second part of this thesis indicates a yearly revenue potential ranging from EUR 6,577 to EUR 85,503 per electric truck participating in the FCR-D Up market in Sweden. However, as the developed model does not consider any costs associated with enabling this participation, no further insights regarding the profitability of V2G-enabled vehicles can be derived from the case study and should be subject for future work. / Den ökande mängden förnybar energi som ansluts till elnätet, och den intermittenta karaktären hos dessa resurser, kräver ökad flexibilitet i elnätet för att säkerställa driftsäkerhet och stabilitet. En lösning för att tillgodose detta behov kan vara genom en bredare implementering av olika energilagerteknologier. Stationära energilager med litium-jonbatterier används redan framgångsrikt på olika platser runt om i världen, och har bevisat sig kunna tillhandahålla värdefulla tjänster till elnätet. Det ökande antalet elektriska fordon skulle kunna innebära stora volymer av ytterligare flexibilitetsresurser eftersom de bygger på liknande batteriteknologier. Realiserande av denna potential skulle kunna uppnås genom en framgångsrik implementering och användning av ’vehicle-to-grid’ (V2G) teknik (svenska fordon-till-nät), som innebär möjliggörandet av dubbelriktad laddning mellan elfordon och elnätet. Detta kanditatarbete utforskar först konceptet med V2G genom en litteraturstudie. I den andra delen av arbetet kvantifieras intäktspotentialen för en av de identifierade värdeströmmarna för V2G möjliggjorda fordon. Detta görs genom utvecklandet av en modell som beräknar de intäkter som kan tänkas genereras av en flotta elektriska lastbilar som deltar på den svenska balansmarknaden under ett år, givet ett antal antaganden. Litteraturstudien visar att det finns över 100 dokumenterade projekt världen över med fysiskt implementerad V2G teknik. Viktiga fokusområden för ett framgångsrikt genomförande är interoperabilitet och säkerhet, där utvecklingen av branschstandarder pågår med en hög grad av internationellt samarbete mellan aktörer involverade i ekosystemet för V2G. Tester av olikatekniska utföranden som konfigurationer för AC- och DC systemlösningar pågår, medan sociala aspekter av V2G är mindre utforskade i befintlig litteratur. Många värdeströmmar kan fångas med V2G teknik och i likhet med stationära energilagringssystem kan dess fulla ekonomiska potential realiseras om dessa värdeströmmar staplas. Modellen som presenteras i den andra delen av detta arbete fokus emellertid endast på en av dessa, men indikerar en årlig intäktspotential på mellan 6 577 EUR och 85 503 EUR per elektrisklastbil som deltar på FCR-D Upp marknaden i Sverige. Den utvecklade modellen tar dock inte hänsyn till kostnader som är förknippade med möjliggörandet av detta deltagande, och av denna kan lönsamheten för V2G möjliggjorda fordon ej bedömas med denna fallstudie, utan bör vara ämne för framtida arbete.

The energy system is undergoing a transformation on a never before witnessed scale. The changes are driven by global market forces and technological advancements, improving on a seemingly exponential scale. This in turn has led to the price of both renewables and the accompanying technology decrease over time, making the transition into renewables more economically viable. The drawback of variable renewable energy is that it is variable and dependent on the surrounding environment. Therefore, storing the energy during hours of production, to be used at a later stage when energy demand is higher is becoming ever more important and an attractive option. The purpose of this degree project is to, from a set of performance indicators, evaluate three different energy storage technologies and their respective impact on a distribution grid. The examined storage technologies are: Batteries, Capacitators and a H2 Fuel cell. A literature study was performed in order to find out how grid performance is evaluated, and how the different storage technologies operate. The obtained literature comes from scientific reports, and papers, found by utilizing Mälardalens University library-database. A model representing a Swedish grid with a connection point to the distribution side was created. The model is taken from previous credited work, and customized to fit the operational parameters of a Swedish grid. It was decided that the key indicators for evaluating the state of a grid was to look at the: voltage- and frequency variations, load factor, capacity factor and the overall system efficiency. The simulation is a discrete time simulation that utilizes parameters indicative of one full day of data. The results showed that, from a technological standpoint, the supercapacitor performed better in more categories than the Li-ion battery and H2 fuel cell. However, the Li-ion battery reduced the peaks of the frequency measurements which is a key metric when deciding on grid health. Also, there is the added benefit of the battery and fuel cell of having a longer operational time before the state of charge is depleted. This increases the flexibility of the technology and could therefore be more beneficial in other applications where power supply is more scarce.

As part of Sweden's goal of zero carbon dioxide emissions, renewable energy will play an increasingly important role in the future. A major change in the electrification of industries and the transport sector will lead to an ever-increasing need for electricity production. Modern electricity production in the form of solar energy and wind power brings new challenges for the Swedish electricity system. Electricity production and consumption must always be the same momentarily. This is so that the frequency can be controlled and kept at 50 Hz. As the Swedish electricity system is designed according to a frequency of 50 Hz, there are major consequences, such as power outages, if the frequency deviates from this for a longer period of time. The Swedish Transmission System Operator (TSO) is responsible for balancing the production and consumption to be on the same level at all time. To do so with weather dependent intermittent power sources that lacks natural inertia needs additional and external balancing assets. This report investigates the technical specifications needed for a balanced future Swedish energy system. This rapid regulation is a problem in today's system, but in this report it is assumed that the rapid regulation is not a problem in a future system, instead it is examined how large the need for regulation is when consumption is significantly higher than today, and when this increased consumption is covered by weather-dependent renewable energy. In this report, six different scenarios are modeled on how a future electricity system could be designed. These scenarios are based on Svenska Kraftnät's long-term market analysis, where different scenarios are based on different degrees of electrification and scaling of the respective producer. The different scenarios are modeled so that increased consumption is met with different scaling by the respective electricity producer. The production profile and the consumption profile are then compared in order to find how much the two deviates and for how long. This in order to find the technical specifications needed for external balancing assets in the different system designs. The results of the modeling show that what will be decisive in the future is the extent to which there is flexibility in both production and consumption. It shows that it will not be sustainable to only expand production, but this must also be met by consumption. This consumption can be energy storage or export, but as both storage and export are limited, there must also be an opportunity to control surplus production. The result shows how much flexibility is required for each specific future scenario, i.e. what maximum capacity must exist, as well as how sustainable this resource must be for the system to be stable. In the report there is one scenario were the system is optimized according to available balancing reserve, adjusted consumption profile and a large increase in consumption and weather dependent power sources. This leads to the need for a flexibility with a peak hour demand of 0,3 GW; duration time of 5 hours and a total capacity of 1,5 GWh. / Som en del i Sveriges mål om noll koldioxidutsläpp kommer förnybar kraft att spela en allt större roll i framtiden. En stor omställning inom elektrifiering av industrier samt inom transportsektorn kommer att medföra ett allt större behov av elproduktion. Den moderna elproduktionen i form av solenergi samt vindkraft medför nya utmaningar för det svenska elsystemet. Elproduktionen och konsumtionen måste momentant alltid vara densamma. Detta för att frekvensen skall kunna kontrolleras och hållas vid 50 Hz. Då det svenska elsystemet är dimensionerat efter en frekvens på 50. Hz innebär det stora konsekvenser om frekvensen avviker från detta under en längre tid. Svenska Transmissionssystemoperatören (TSO) ansvarar för att balansera produktion och förbrukning för att hela tiden vara på samma nivå. För att göra det med väderberoende intermittenta kraftkällor som saknar naturlig tröghet krävs ytterligare och externa balanseringstillgångar. Denna rapport undersöker de tekniska specifikationer som behövs för ett balanserat framtida svenskt energisystem. Denna snabba reglering är ett problem i dagens system, men i denna rapport antas det att den snabba regleringen inte är ett problem i ett framtida system, istället undersöks hur stort behovet är av reglering då konsumtionen är avsevärt högre än idag, och när detta ökade behov täcks av väderberoende förnybar energi. I denna rapport modelleras sex olika scenarier för hur ett framtida elsystem skulle kunna utformas. Dessa scenarier bygger på Svenska Kraftnäts långsiktiga marknadsanalys, där olika scenarier utgår från olika grader av elektrifiering och skalning av respektive producent. De olika scenarierna är modellerade så att ökad förbrukning möts med olika skalning av respektive elproducent. Produktionsprofilen och konsumtionsprofilen jämförs sedan för att ta reda på hur mycket de två avviker och hur länge. Detta för att hitta de tekniska specifikationer som behövs för externa balanseringstillgångar i de olika systemdesignerna. Resultaten av modelleringen visar att det som kommer att vara avgörande i framtiden är i vilken utsträckning det finns flexibilitet i både produktion och konsumtion. Det visar att det inte kommer att vara hållbart att bara utöka produktionen utan detta måste också mötas av konsumtion. Denna förbrukning kan vara energilagring eller export, men då både lagring och export är begränsad måste det också finnas möjlighet att styra överskottsproduktionen. Resultatet visar hur mycket flexibilitet som krävs för varje specifikt framtidsscenario, det vill säga vilken maximal kapacitet som måste finnas, samt hur hållbar denna resurs måste vara för att systemet ska vara stabilt. I rapporten finns ett scenario där systemet är optimerat efter tillgänglig balansreserv, justerad förbrukningsprofil och en stor ökning av förbrukningen och väderberoende kraftkällor. Detta leder till behovet av en flexibilitet med en maximal kapacitet på 0,3 GW; uthållighet på 5 timmar och en total kapacitet på 1,5 GWh.

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.