The thesis is structured as a result report, with each part of the findings divided into separate sections. The project's aim is to investigate the potential of replacing Umeå Energi AB's mobile diesel generators with mobile battery storage as backup power during situations wheredisconnection from the power grid is necessary. The research question has been addressed by conducting a comparative analysis between a reference product of mobile battery storage and Umeå Energi AB's diesel generators. The analysis covered various aspects, including emissions of carbon dioxide equivalents, economic factors based on purchase, operation, and maintenance costs, as well as a life cycle cost analysis. In addition to the analysis of backup power, the potential for mobile battery storage to generate passive income by offering support services in the form of frequency regulation to the power grid was also investigated. To answer these questions, historical operational data from existing diesel generators used for backup power by Umeå Energi was utilized, along with historical revenues from the FCR-D support service over the past year. Data regarding fuel costs, energy costs, emission factors, and other essential information was collected from internet and literature sources. The results indicate that mobile battery storage is an alternative to mobile diesel generators for backup power, though only for a limited time period depending on specific energy needs. The analysis also demonstrates that using battery storage as an alternative to diesel reduces carbon dioxide equivalent emissions by up to 85%, while operating costs are reduced by 90.3%. The life cycle cost analysis shows that battery storage generates a positive return of over 620,000 SEK over a 10-year life cycle with included support services, despite the relatively high purchase cost of 3 MSEK. In contrast, the diesel generator results in an expenditure of 1.73 MSEK over the time period, excluding any potential residual value. Additionally, battery storage has the potential to contribute to a reduction of up to 31 tons of CO2e over its life cycle. While the potential economic and environmental benefits of battery storage are evident, the analysis also explains the current usage history of diesel generators. Mobile battery storage has the potential to be an alternative to diesel generators, but a drawback is the limited energy capacity, making it less reliable compared to the diesel generator. / Examensarbetet är skrivet som en resultatrapport där varje delresultat är indelade i separata sektioner.Projektets syfte är att undersöka möjligheten att ersätta Umeå Energi AB:s mobila dieselgeneratorer med mobil batterilagring som reservkraft under situationer där frånkoppling från elnätet är nödvändigt. Tekniska, ekonomiska och miljömässiga möjligheter har undersökts genom en jämförandeanalys mellan en referensprodukt av mobil batterilagring och Umeå Energi AB:s dieselgeneratorer. Analysen omfattar en bedömning av batteriets energimängd under förutsättningar att det kan transporteras med BE-körkort, inklusive utsläpp av koldioxidekvivalenter, ekonomiska faktorer baserade på inköp, drift och underhållskostnader samt en livscykelkostnadsanalys. Utöver analysen av reservkraft, har även potentialen för mobil batterilagring att generera passiva intäkter genom att erbjuda stödtjänster i form av frekvensreglering till elnätet undersökts. För att besvara dessa frågor har historisk driftinformation från befintliga dieselgeneratorer för reservkraft hos Umeå Energi använts, tillsammans med historiska intäkter för stödtjänsten FCRD under det senaste året. Data angående bränslekostnader, energikostnader, emissionsfaktorer och annan väsentlig information har samlats in från internet och litteraturkällor. Resultaten visar att mobil batterilagring är ett alternativ till mobila dieselgeneratorer som reservkraft, men detta gäller endast under en begränsad tidsperiod som beror på det specifika energibehovet. Analysen påvisar också att vid användning av batterilagring som alternativ till diesel minskar utsläppen av koldioxidekvivalenter med upp till 85 %, samtidigt som driftskostnaderna reduceras med 90,3 %. Livscykelkostnadsanalysen visar att batterilagringen genererar en positiv avkastning på över 620 000 SEK över en livscykel på 10 år med inkluderade stödtjänster, trots batterilagringens förhållandevis dyra inköpskostnad på 3 MSEK. Motsvarande resultat för dieselgeneratorn under samma livscykel påvisar en utgift på 1,73 MSEK. Dessutom har batterilagringen potential att bidra till en reducering av koldioxidekvivalenter med upp till 31,5 tonCO2e under en livscykel. Samtidigt som de potentiella ekonomiska och miljömässiga fördelarna med batterilagringen är uppenbara, belyser analysen även den nuvarande användningshistoriken för dieselgeneratorer. Mobil batterilagring har potential till att vara ett alternativ till dieselgeneratorer, dock är en nackdel den begränsade energikapaciteten vilket gör den mindre tillförlitlig i förhållande till dieselgeneratorn.

I Sverige går 40 % av den slutliga energianvändningen till bostad- och servicesektorn. Energieffektivisering inom denna sektor har därför potential till att reducera en stor del av den totala energikonsumtionen i Sverige och därmed bidra till att de klimatmål som satts uppfylls. Det kommunala bostadsbolaget Uppvidingehus har i Åseda byggt tre flerbostadshus där ett av de omfattas av flera energibesparande system som de sökte och fick ett innovationsbidrag (utfärdat av riksdagen) för som riktade sig till hållbart byggande. De energibesparande systemen är dagvattenuppsamling för WC-spolning, solceller och solhybrider, en digitaliseringstjänst för de boende och ett energilagringssystem i form av batterier. Dessa system har sammanställts och granskats utifrån projekterade värden som gjordes vid uppstart. Resultatet visar att systemen helt/delvis uppnår de projekterade värdena eller har potential att uppnå de på sikt.

När en investering ska göras är priset en prioriterad faktor att ta hänsyn till. Att investera i ett solcellssystem kostar mycket pengar som på längre sikt kommer resultera i en större intäkt än kostnad. När detta inträffar skiljer sig markant i många fall och med regeringens krångliga regler blir det inte lättare. Examensarbetet innefattar flera analyserande lösnings-metoder för plusenergikontoret i Väla Gård, Helsingborg. Anledningen är att kostnadseffektivisera solcellssystemet så att intresset för solproduk-tionen ökar i Sverige.Tre olika kostnadsmässiga scenarier med timdebitering, egenlagring och nettodebitering jämförs och presenteras grundat på beräkningsmetod inom aktuell forskning. Det bäst lämpade scenarierna ges i form av ett önskat införande för optimal vinst för kund och miljö.Energimarknaden kan snabbt äventyras vilket gör att valet av lämplig lösning minskar solcellsägarens riskfaktor och förhoppningsvis ökar sol-energiproduktionen.

Energikonsumtionen ökar globalt och på grund av detta så behövs ökad energiproduktion. El från förnyelsebara källor är och kommer vara en nyckel för att klara av dessa energibehov och den kanske viktigaste energikällan är den primära solinstrålningen. Umeå energi gör en satsning på en solcellsanläggning vid Gammlia idrottsanläggning i Umeå och på grund av detta har en undersökning gjorts om energilagring i kombination med solcellerna. Solinstrålningen varierar över dygnet och året och därmed också elproduktionen. Solcellerna producerar endast el när solen skiner och ett sätt att ta del av den elen de perioder som inte solen lyser så kan vara energilagring. I rapportens första del har Två energilagringsmetoder undersökts, batterilagring och vätgaslagring. Metodernas funktionsprincip, för/nackdelar och en redogörelse huruvida de passar som energilagring i byggnader har gjorts. I den andra delen har beräkningar gjorts för möjligheterna att göra Gammlia idrottsanläggning självförsörjande på den producerade elen från solpanelerna. Rapportens första del har gjorts av en litteraturstudie av vetenskapliga rapporter och annat webbaserat material. Energiberäkningarna grundar sig från tillhandahållen information från Umeå energi samt tillgängliga beräkningsmetoder på internet. Batterier är en elektrokemisk lagringsform och fungerar så att en anod, en katod samt att elektrolyt används i samtliga tekniker. Fördelen med batterier är flexibiliteten och låga underhållskostnader medan den stora nackdelen är den låga energidensiteten. Vätgaslagring med hjälp av elektrolys är en metod där vätgas produceras av vatten och elektricitet. Fördelen är hög energidensitet och miljövänlig omvandling. Den största nackdelen är höga omvandlingsförluster. I undersökningen om möjligheter för energilagring i Gammlia idrottsanläggning undersöktes det om anläggningen kan göras självförsörjande på el på solcellerna. Det har konstaterats att det ej var genomförbart med den solcellsproduktion och de lagringstekniker som är aktuell i denna studie. En mindre omfattande lösning hittades som innebär dygnslagring under sommarmånaderna. Med hjälp av batterier kan energi producerad på dagen sparas och användas på kvällen/natten. Denna lösning är genomförbar rent tekniskt men inte ekonomiskt då förtjänsten är för liten i jämförelse med investeringskostnaden. / Energy consumption is increasing globally and because of this, increased energy production is necessary. Electricity from renewable sources is and will further be a key to meet the energy needs and perhaps the most important energy source is the sun. Umeå energi makes an investment in a photovoltaic system at Gammlia sports center in Umeå, and because of this, a study has been made on energy storage in combination with solar cells. Solar cells have a varied production, seen over the day and year. The solar cells only produce electricity when the sun is up, and energy storage is a possible solution for storing some of the energy produced during the day, to use later during the evening/night. The report's first section has two energy storage methods studied, battery storage and hydrogen storage. Methods for the operating principles, pros/cons and a statement whether they fit as energy storage in buildings has been made. In the second part, calculations have been made for the possibility of installing energy storage in Gammlia sports center for the electricity generated from the solar panels. The first part is made of a literature review of scientific reports and other web-based material. Energy estimates are based from the information provided from Umeå energy and the available methods of calculations on the web. Battery is an electrochemical storage shape and function to an anode, a cathode, and the electrolyte is used in all techniques. The advantage of batteries is the flexibility and low maintenance costs while the major drawback is the low energy density. Hydrogen storage using electrolysis is a method in which hydrogen produced from water and electricity. The advantage is the high energy density and environmentally friendly conversion. The main disadvantage is the high conversion losses. The survey on the possibilities for energy storage in the Gammlia sports facility, an investigation was made whether the plant could be made self-sufficient for electricity on the solar cells. It was costly that it was not feasible with the solar cell demodulation and storage technologies that are relevant in this study. A less comprehensive solution was found that involves daystorage in the summer months. Using batteries, energy produced on the day could be saved and used in the evening / night. This solution was feasible, purely technical, but not economical, as earnings were too small in comparison to investment cost.

The majority of the existing photovoltaic (PV) systems are dimensioned in such a way that no or only a small part of the production exceeds the buildings internal consumption. This is done because sold electricity to the grid has a lower economic value than if used internally in the building. Therefore commercial buildings, with high consumption during sunny hours, are to prefer when installing PV. Implementing a battery energy storage system in these facilities can lead to higher self consumption of the PV energy and reduced electricity bills. To take full advantage of this potential it requires optimal management of the battery. In this study an optimized battery algorithm was developed to show the full potential a perfectly managed battery can have to reduce cost of electricity within commercial buildings. There are three main charge and discharge patterns for a battery which can reduce the cost on the electricity bill: 1) Charge and discharge at different prices, 2) peak shaving and 3) overproduced PV is stored for later use. By utilizing a battery in an optimal way to reduce the costs as much as possible, batteries will reach break even at battery prices between 1350-2100 SEK/kWh, depending on which scenario evaluated. By implementing forecast based desicion-making, in which the battery operation is optimized with respect to PV and consumption forecasts, the system profitability declines rapidly, especially when using a consumption forecast. A real system would probably profit from basing the battery operation on both forecasts and real time measurements.

I detta examensarbete har syftet varit att undersöka hur man kan minska behovet av att behöva köpa energi till en fastighet med tillhörande byggnader. Fokus har legat på att producera nog med energi för att täcka fastighetsägarnas konsumtion av el. Projektet har även berört energioptimeringsåtgärder av enklare slag. Efter detta gjordes en fysisk genomgång av byggnaderna där mätning också genomfördes dels som underlag för en energibalans, dels som underlag när det undersöktes vilka energisparåtgärder som var ekonomiskt genomförbara, såsom tillläggsisolering av vinden. Sedan samlades det in offerter och annan viktig information, såsom energiproduktion och priser, för att sedan analyseras. Alla delar jämfördes och ställdes mot varandra för att komma fram till det som passade fastighetsägarna bäst. Lagring och vindkraft hade en för lång återbetalningstid gentemot vad ägarna hade efterfrågat då de ville att det skulle vara återbetalat innan produkternas livslängd var slut. Resultatet av vindkraften visade att vindhastigheterna inte kunde fastställas helt eftersom den vindmätning som gjorts har skett 25 km därifrån, vilket leder till en osäkerhet i hur mycket el som kan produceras. Det mest lönsamma var den största av de fyra solcellsparker som jämfördes. Den och det lilla vindkraftverket tillsammans producerar tillräckligt mycket el för att täcka deras behov. Däremot rekommenderades varken vindkraftverket eller batterilagring på grund av återbetalningstiden. Ägarna kan alltså producera den mesta elen med hjälp av solceller, dock inte allt enligt de beräkningar som gjorts. Förutom Vattenfalls solceller rekommenderades att tilläggsisolera vinden samt en laddbox från Vattenfall. Eftersom teorin i examensarbetet skulle baseras på granskade källor och inte på vinstdrivande källor användes studentlitteratur, publicerade rapporter och rapporter från myndigheter. / The purpose of this thesis has been to examine how to reduce the need to buy energy for a property with associated buildings. The focus has been on producing enough energy to cover the property owners' consumption of electricity. The project has also involved simpler energy optimization measures. After this, a physical review of the buildings was carried out, where measurement was also carried out partly as a basis for an energy balance and partly as a basis when examining which energy saving measures were economically feasible, such as additional insulation of the wind. Then quotes and other important information, such as energy production and prices, were collected and then analyzed. All parts were compared to each other to arrive at what best suited the property owners. Storage and wind power had too long a payback period against what the owners had asked for when they wanted it to be repaid before the end of product life. The result of the wind power showed that the wind speeds could not be fully determined since the wind measurement made was 25 km away, which leads to an uncertainty in how much electricity can be produced. The most profitable was the largest of the four solar cell parks compared. It and the small wind turbine together produce enough electricity to meet their needs. However, neither the wind turbine nor the battery storage was recommended because of the payback time. The owners can thus produce most of the electricity using solar cells, but not all according to the calculations made. In addition to Vattenfall's solar cells, it was recommended to insulate the wind and install a charging box from Vattenfall. Since the theory in the degree project should be based on audited sources and not on profit-making sources, student literature, published reports and reports from authorities were used.

With the goal of achieving 100% fossil-free electricity production by 2040 in Sweden, the electricity system is expected to undergo significant changes due to increased electrification, digitalization, and automation. Battery storage will become crucial for supporting and stabilizing the power grid, as well as balancing demand and production, which reduces the risk of overload. It also contributes to increased grid flexibility and a smoother, more efficient use of the power network. The purpose of this work is to develop a deeper understanding of battery storage technology and its potential impact on the Swedish power grid to meet current and future energy needs. The method examines the energy usage patterns of Södra Hallands Kraft to appropriately size a battery storage system and determine its operational scenario. It is essential to consider both the battery’s power (W), which describes the total amount of power that can be delivered, and storage capacity (Wh), which describes the total amount of energy that can be stored. By implementing battery storage systems, the share of renewable energy usage can increase, and dependence on external energy sources can decrease. This work examines different threshold levels: 60 MW, which requires a 33 MW/ 735 MWh battery; 65 MW, which requires a 28 MW/ 414 MWh battery; and 70 MW, which requires a 23 MW/ 153 MWh battery. These thresholds successfully reduce all power peaks between 2019 and 2023. This also leads to significant economic savings in the form of reduced grid fees. / Med målet att uppnå 100% fossilfri elproduktion till år 2040 i Sverige, förväntas elsystemet genomgå betydande förändringar på grund av ökad elektrifiering, digitalisering och automatisering. Batterilager blir viktiga för att stödja och stabilisera elnätet, samt balansera efterfrågan och produktion som minskar risken för överbelastning. Det bidrar även till en ökad flexibilitet på elnätet och en jämnare och mer effektiv användning av elnätet. Syftet med arbetet är att utveckla en djupare förståelse för batterilagringsteknik och dess potentiella påverkan på det svenska elnätet för att möta dagens och framtidens energibehov. Metoden undersöker energianvändningsmönstren för Södra Hallands Kraft, för att kunna dimensionera ett batterilager med lämplig storlek och driftscenario. Det är därför viktigt att beakta både batteriets effekt (W), som beskriver den totala mängd effekt som kan levereras, och lagringskapaciteten (Wh), som beskriver den totala mängd energi som kan lagras. Genom att implementera batterilagringssystem kan andelen förnybar energianvändning öka och beroendet av externa energikällor minska. Arbetet undersöker olika tröskelnivåer på 60 MW som kräver ett batteri på 33 MW/ 735 MWh, 65 MW som kräver ett batteri på 28 MW/ 414 MWh, samt 70 MW som kräver ett batteri på 23 MW/ 153 MWh. De lyckas minska alla effekttoppar mellan 2019 – 2023. Detta bidrar även till betydande ekonomiska besparingar i form av minskade elnätsavgifter.

Elektrifiering i transportsektorn och Rysslands anfallskrig mot Ukraina är de främsta bidragande orsak till de nuvarande höga energipriserna. Ryssland använder energi som ett politiskt vapen genom att minska gasflöde vilket har resulterat i höga gaspriser i Europa. Dessutom går elektrifieringen av transportsektorn i hög varv i många europiska länder vilket också bidrar till att energikrisen på den europeiska energimarknaden höjs ännu mer.  Merparten av den energi som används idag kommer från fossila bränslen som bidrar till koldioxidutsläpp som påverkar miljön negativt. Något måste förändras för att minska utsläppen av växthusgaser och beroendet av fossila energikällor. En hållbar och miljövänlig lösning är att investera i solenergi som producerar förnybar energikälla. Med rätt teknik kan man enkelt installera villor och bostäder med solceller och solfångare och för att kunna producera el och värme. Syftet med detta examensarbete är att undersöka om ett solcellssystem i en villa kan tillgodose bostadens energibehov under olika årstider, och även att ta redo på om investeringen för solceller är lönsam.  Arbetsmetoden bygger på beräkningar, simulering och litteraturstudier för att nå ett tillförlitligt resultat. Resultatet redovisar villans totala elförbrukning i 2023 samt solcellernas energiproduktion. Genom att analysera resultatet visade det sig att solcellsanläggnings elproduktion täcker 53 % av hushållens totala elförbrukning. Detta betyder att huset köper el för sex av årets 12 månader enligt tabell 10. Resultaten redovisar även beräkningen av återbetalningstiden för olika fall av solceller, solceller utan batteri och solcell med batteri.  Av resultatet dras slutsatsen att solcellanläggningen är en bra investering 2024. Förutom att anläggningen producerar förnybara energikällor så betalar den sig även efter cirka 8-15år och ger också en besparing på cirka 649 654,75 kronor under en livslängd på 25år. Slutligen om elpriset stiger och priset på solceller fortsätter att sjunka kan återbetalningstiden bli ännu kortare.

The grid in the northern part of Sweden is characterized by long radial lines with just a few customers. To secure electricity supply it is necessary to have a redundant feeding alternative. A loop structured grid which is used in the more populated urban area is a poor solution in the rural areas both regarding economy and technology due to the long distances. To feed the northern grid in Sweden a battery energy storage system (BESS) is therefore a solution that could secure the power delivery. An important aspect to investigate is how the electric power quality changes with the new feeder, but more importantly to secure disconnection of supply at fault occurrence.   This thesis investigates how a battery storage system installed at the end of a mid-voltage line affects the electric power quality and the protection system compared to a reference case which represents the line today. The mid-voltage line is an existing line in the northern grid and is a good representation of the general northern grid.     The results obtained from this study show that the loop impedance does not necessarily have to deteriorate with the new feeder, which means that the voltage quality in this aspect does not change. This is only true for this particular grid when the impedance contribution from the mid-voltage grid is small and the contribution from the low-voltage grid is large because of long and weak distribution low-voltage lines.     The inverter is the limiting factor for the short circuit currents, and the short circuit power and current decrease with the new feeder. At fault occurrence in the low voltage grid the short circuit current does not affect the fuse blow. However the inverter will disconnect for all fault occurrences in the mid-voltage grid, and for faults with high short circuit power in the low voltage grid. This means that the selectivity will decrease, but the system will have a high security level.   For this particular grid the results show that the transformer can be isolated from the ground. A residual overvoltage relay is enough for disconnection of grounding faults. Directional ground fault protection is not necessary for this line with this particular characteristics. If the sensitivity for the disconnection of grounding faults with high transition impedances is adjusted according to ground fault currents in island operation, the sensitivity then decreases at the event of a fault during normal operations when the battery storage system is charging. The sensitivity might also be tuned according to normal operation, which then results in a higher sensitivity than necessary during island operation.

The increasing share of renewable energy especially wind energy leads to increased share of unpredictable and varying energy into the grid. This leads to congestion in the grid which ultimately results in wind curtailment. In Germany in 2015 alone more than 4000 GWh of wind energy was curtailed. On the other hand, off grid energy requirements for event industry especially concerts and festivals, rely heavily on diesel generators to fulfill their power requirements. This thesis investigates a unique use case for the mobile storage application. The batteries are used to utilize the curtailed wind energy for off-grid applications like festivals and concerts in Germany. The batteries are charged at the wind farm during the duration of curtailment and once they are fully charged, the batteries are transported to the location of concert or an event to provide clean energy. The batteries or storage system used for this case have a capacity of 1.5 MWh and the whole system is constructed in a standard shipping container to allow convenient transportation. According to the findings of this study, the proposed use case can lead to a significant CO2 emission reduction, a single storage system could save up to about 8.4 million kg of CO2, at the events and festivals. Furthermore, it could help in renewable energy integration by providing clean wind energy, that is otherwise curtailed, to festivals and concerts. This study identifies a wind farm with most curtailed energy in Germany with total curtailment duration accounting for about 32% of the time in the year 2017. The technical model, simulated in MATALB/Simulink, successfully charged the battery storage system without any bottleneck. The levelized cost of storage was found to be in comparison with the levelized cost of diesel generators. A single storage system has an ability save up to 8.4 million kg of CO2 emissions. The study further proposes policy suggestions to promote such innovative use case. / Den ökande andelen förnybar energi, särskilt vindenergi, leder en till ökad andel av oförutsägbar intermittent energi till elnätet. Detta leder tidvis till en överbelastning på elnätet, vilket resulterar i att vindkraftverkens elproduktion måste begränsas. Endast i Tyskland under 2015 begränsades 4000 GWh av vindenergi. Samtidigt används diesel generatorer i off-grid områden för att bedriva mässor, marknader, festivaler och liknande arrangemang. Den här rapporten undersöker ett specifikt fall för mobila lagringsmöjligheter. Batterier kan användas för att nyttja den begränsade vindenergin för offgrid evenemang som festivaler och konserter i Tyskland. Batterierna laddas i vindkraftsparker vid hög tillgång till vindenergi och transporteras sedan till ett evenemang för att försörjas med förnybar energi. Batterierna eller lagringsmediet som används för detta fall har en kapacitet på 1,5 MWh och systemet är paketerad i en fraktcontainer för enkel transport. Enligt resultaten från denna studie kan det föreslagna användningsfallet leda till en betydande minskning av koldioxidutsläppen, ett enda lagringssystem skulle kunna spara upp till cirka 8,4 miljoner kg CO2 vid evenemang och festivaler. Dessutom skulle det kunna bidra till integration av förnybar energi genom att tillhandahålla ren vindkraft, som annars begränsas, till festivaler och konserter. Denna studie identifierar en vindkraftspark med den mest begränsade energin i Tyskland med total kapacitetsvaraktighet som står för cirka 32% av tiden under 2017. Den tekniska modellen, simulerad i MATALB / Simulink, laddade batterilagringssystemet framgångsrikt utan flaskhals. De nivåiserade lagringskostnaderna visade sig vara i jämförelse med de nivåiserade kostnaderna för dieselgeneratorer. Ett enda lagringssystem kan spara upp till 8,4 miljoner kg koldioxidutsläpp. Studien föreslår vidare policyförslag för att främja ett sådant innovativt fall.