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Transportation and energy play an essential role in modern society. Since the Industrial Revolution, fossil fuels have enabled great advancements in human society. Within this process, Internal Combustion Engines Vehicles (ICEVs) played a significant role in guaranteeing reliable and affordable long-distance transportation. However, the subsequent increase of the Motorized Private Transport resulted in undesired effects such as pollution. One instrument in reducing the Greenhouse Gas (GHG) emissions of the transport sector is to shift from the conventional ICEVs toward zero local emission vehicles. Electric Vehicles (EVs) are being promoted worldwide as a suitable powertrain technology that could replace the ICEVs. However, unless combined with electricity from renewable generation technologies the EVs will not effectively reduce GHG emissions. Through the simulation of future transport and energy sector scenarios in Germany, the GHG emission reductions have been analyzed. Techno-economic and environmental characteristics for several powertrain technologies under several vehicles charging strategies are evaluated. The thesis explores the impact of charging EVs on the electrical grid. The result show that EVs using smart charging strategies that support Vehicle-to-grid (V2G) are capable of fulfilling mobility needs of users while providing substantial flexibility to the electrical grid. Such flexibility can facilitate the future expansion of non-dispatchable Renewable Energy Sources (RES).

The recent increase of electric cars adoption will inuence the electricity demand in the distributionnetworks which risks to be higher than the maximum power available in the grid, if not well planned. Forthis reason, it is on the DSOs and TSOs's interest to plan carefully coordinated charging of a bulk of EVsas well as assess the possibility of EVs acting as energy storages with the Vehicle-to-Grid (V2G) or Vehicleto-Building (V2B) capability. When parked and plugged into the electric grid, EVs will absorb energy andstore it, being also able to deliver electricity back to the grid/building (V2G/B system).This can be anoptimized process, performed by an aggregator, gathering multiple EVs that discharge the battery into thegrid at peak time and charge when there is low demand i.e. overnight and o-peak hours.Numerous studies have investigated the possibility of aggregating multiple EVs and optimizing theircharging and discharging schedules for peak load reduction or energy arbitrage with participation in theelectricity market. However, no study was found for optimizing a shared eet of EVs with daily reservationsfor dierent users trying to perform V2B. In this study an optimization modelling algorithm (mixed integerlinear problem - MILP) that manages the possible reservations of the shared eet of EVs, coordinates thecharging and discharging schedules, and provides V2B (Vehicle-to-Building), with the objective of minimizingenergy costs and accounting with battery ageing has been developed. A case study with real data for abuilding is carried out modelling dierent number of EVs for two dierent days in year 2017, one in Marchand other in June.Results show that the prots are higher for all cases when introducing V2B as compared to a no optimizationscenario: V2B with battery degradation (50 ore/kWh) has decreased daily variable electricity costsbetween 54 and 59% in March and 60 and 63% for June when compared without smart charging. Integrationof battery degradation cost in V2B applications is necessary and inuences signicantly the chargingand discharging strategies adopted by EV and nally the total daily costs: The total daily cost increaseby maximal 10% for the day in March and 13% for the day in June when comparing the scenario that hasstationary battery and uses only-charging model for EVs with the scenario applying V2B mode consideringa degradation cost of 80 ore/kWh. / Ö kningen av antalet elbilar kommer att påverka lasten i elnätet som riskerar att bli högre än kapacitetom det inte är väl planerat. Därför är det i elnätsföretags intresse att samordna laddningen av de flesta elbilarna samt att utvärdera möjligheterna att använda elbilar som energilager gentemot elnätet (Vehicleto-Grid,V2G) eller byggnader (Vehicle-to-Building, V2B). Vid parkering och anslutning till elnätet kommer elbilar att ladda energi och lagra den, samtidigt de kan leverera el tillbaka till elnätet eller byggnaden (V2G/V2B). Detta kan vara en optimerad process som utförs av en aggregator genom att ladda flera elbilar i låglasttimmar och ladda ur dem under höglasttimmar.Många studier har undersökt möjligheten att aggregera flera elbilar och optimera laddningsoch urladdningsplaner för topplastreduktion eller energiarbitrage på elmarknaden. Ingen studie har dock hittats för att optimera en gemensam flotta av elbilar med dagliga reservationer för olika användare som försöker utföra V2B. Denna studie har utvecklat en optimeringsmodell (blandad heltalsprogrammering MILP) som hanterar möjliga reservationer av en flotta av elbilar, koordinerar laddning och urladdning planering, och utför V2B för att minimera energikostnader med hänsyn till batteriets åldrande. En fallstudie för en byggnad genomfördes modellering av olika antal elbilar för två dagar 2017, en i mars och andra i juni.Resultaten visar att vinsten är högre i samtliga fall då man introducerar V2B jämfört med scenario utan optimering: V2B med batteriladdningskostnad 50 öre/kWh minskade dagliga rörliga elkostnader mellan 54% och 59% i mars och mellan 60% och 63% i juni jämfört med utan smart laddning. Att inkludera batteriladdningskostnaden i V2B-applikationer är nödvändigt och har en signifikant inverkan på laddningsstrategierna och de totala kostnaderna: De totala dagliga kostnaderna ökar med upp till 10% i mars och upp till 13% i juni då man jämför scenariot att bara ladda elbilar och ha stationärt batteri med scenariot V2B med hänsyntill batteriladdningskostnad 80 öre/kWh.

Vehicle-to-Anything (V2X) est un terme générique qui explique l'utilisation de batteries de véhicules électriques pour obtenir une valeur supplémentaire lors de périodes de non-utilisation. Les services V2X génèrent des revenus de la batterie grâce à la charge dynamique monodirectionnelle (V1X) ou bidirectionnelle (V2X) afin de fournir des avantages au réseau électrique, de réduire la consommation énergétique des bâtiments et des maisons ou de fournir une alimentation de secours aux charges. Une méta-analyse du potentiel économique donne des résultats contradictoires avec la littérature et indique que la gestion de la consommation électrique, l'adéquation des ressources et le report de l’investissement dans le réseau ont plus de valeur que d’arbitrage sur les marchés d’énergie et réserve secondaire. Bien que je convienne que le développement soit pour et par le marché, je souligne que V2X se développera dans les limites du contexte réglementaire; les régulateurs ont donc un rôle de catalyseur à jouer.Une question importante est de savoir dans quelle mesure une utilisation supplémentaire de la batterie du véhicule affectera la capacité de la batterie au cours de sa durée de vie. Il est donc essentiel de comprendre les subtilités de la dégradation de la batterie pour estimer les coûts. Les batteries Li-ion sont des systèmes électrochimiques compliqués qui présentent deux phénomènes de dégradation simultanés, le vieillissement calendaire et le vieillissement cyclique. Dans les applications véhiculaires, le vieillissement du calendrier a tendance à être l’effet dominant de dégradation de la durée de vie, ce qui réduit le temps, élément le plus important de la dégradation; par conséquent, le coût de la dégradation dépend fondamentalement du temps.Une affirmation centrale de cette thèse est que le coût marginal de V2X n’est ni nul ni négligeable comme l’a accepté la littérature économique, mais dépend fortement de la dégradation de la batterie. Nous proposons ici une théorie des coûts marginaux V2X qui repose sur deux principes: 1.) il existe un coût d’efficacité associé au chargement de la batterie, et 2.) le véritable coût de dégradation de V2X prend en compte le coût d’opportunité, c’est-à-dire, la dégradation au-delà de ce qu’aurait été l’utilisation normale du véhicule.Avoir un concept clair du coût marginal de V2X, permet de comptabiliser et d’équilibrer correctement tous les coûts réels: coût de l’électricité, coûts d’efficacité du système et dégradation de la batterie. Cela permettra d’élaborer des stratégies de charge optimales et d’informer correctement les offres du marché de l’énergie. Il en résulte une compréhension plus nuancée des coûts marginaux. L’impact de la batterie V2X sur la vie de la batterie pourrait être considéré comme un coût, un bénéfice ou nul. Je conclus que le V2X peut offrir une valeur économique supérieure à celle précédemment entendue et que cette valeur supplémentaire sera réalisée grâce à l'amélioration simultanée de l'efficacité de la charge et de la réduction de la dégradation de la batterie EV. / Vehicle-to-Anything (V2X) is an umbrella term to explain the use of electric vehicle batteries to derive additional value during times of non-use. V2X services generate revenue from the battery asset through dynamic mono-directional (V1X) or bi-directional (V2X) charging to provide benefits to the electric grid, to reduce energy consumption of buildings and homes, or to provide back-up power to loads. A meta-analysis of economic potential gives results contradictory to the literature and indicates that Bill Management, Resource Adequacy, and Network Deferral are more valuable than Energy Arbitrage and Spinning Reserves. While I concur that development is of and by the market, I emphasize that V2X will develop within the constraints of the regulatory environment; therefore regulators have an enabling role to play.An important question is to what extent additional use of the vehicle battery will affect battery capacity over its lifetime, therefore understanding the intricacies of battery degradation is crucial to estimate costs. Li-ion batteries are complicated electrochemical systems which exhibit two concurrent degradation phenomena, Calendar Aging and Cycling Aging. In vehicular applications, Calendar Aging tends to be the dominating life degradation effect, which reduces to time being the most important component of degradation; therefore degradation cost is fundamentally time-dependent.A central claim of this dissertation is that gls{v2x} Marginal Cost is not zero nor negligible as the economic literature has accepted but is highly dependent on battery degradation. Herein, a gls{v2x} Marginal Cost Theory is proposed which is based on two main principles: 1.) there is an efficiency cost associated with charge operation, and 2.) the true gls{v2x} degradation cost takes opportunity cost into account, that is, only considers degradation beyond what would have been experienced by operating the vehicle normally.Having a clear concept of gls{v2x} Marginal Cost which can properly account for and balance all true costs: the cost of electricity, the system-efficiency costs, and battery degradation, will allow for development of optimal charge strategies and will properly inform energy market bids. This results in a more nuanced understanding of marginal costs as the resultant battery lifetime impact from gls{v2x} can be either be considered a cost, a benefit, or zero. I conclude that gls{v2x} may offer greater economic value than previously understood and that this additional value will be realized through the simultaneous improvement in charge efficiency and reduction of gls{ev} battery degradation.