Due to the growing population and climate change, the world will see an increase in demand for food, freshwater and renewable energy supply. Agrivoltaics has the possibility to address all these problems, by producing food and renewable energy but also by reducing water usage in agriculture. This thesis aims to study if agrivoltaics including storage has the potential to enable sustainable greenhouses in Stockholm, Sweden by trying to create a near net zero energy consumption for greenhouses with Agrivoltaics (AV) implemented. Furthermore a techno-economic assessment will be made for the AV-systems where Key Performance Indicator (KPI)’s are compared to economic parameters. The selected KPI’s were a near net zero energy consumption and irradiance underneath the Photovoltaics (PV) technology. The selected PV-technology was standard PV-modules, Semi-Transparent Module (STM) and Organic Solar Cell (OSC) PV. These technologies were paired with li-ion batteries between 0-100 kWh and simulated in the software System Advisor Model (SAM) over a 25 year period. The AV system was applied to two load profiles, one for indoor plants and one for tomatoes. The economic parameters calculated was Net Present Value (NPV), Net Capital Cost (NCC), and Levelised Cost of Electricity (LCOE).  The results showed that the system is efficient in summertime where the PV reached maximum capacity in summer and the battery works as a complement. In wintertime, the AV-system is not very efficient and most of the electricity comes from the grid. It was not possible to create a near net zero energy consumption including storage in Stockholm Sweden. The irradiance beneath the panels were at a maximum for OSC, it was slightly reduced for the STM, and below 50% for the standard PV-module, depending on the size of the AV-system. Depending on the shade tolerance of the plant, the PV-technology should be selected.

In this thesis, a simulation model developed in MATLAB® in consideration of system losses based on lithium ion-battery is presented. The purpose of the simulation model is to investigate peak shaving potential in the residential distribution network. In other word to determine an optimal threshold limit and battery capacity depending on if the battery system is placed at the transformer or household level. In the report there were economic calculations executed showing that profitability of investing in a battery system depends on the threshold limit and battery capacity. / I denna rapport presenteras analys av toppeffektreducering med ett simuleringsprogram baserad på litium-jon batteri med hänsyn till systemförlust. Simuleringsmodellen är uppbyggd i MATLAB® där metoder som Coulomb counting implementerades. Syftet med simuleringsprogrammet är att definiera en optimal tröskelgräns samt batterikapacitet på transformator- och hushållsnivån. I rapporten utfördes ekonomiska beräkningar som tyder på att lönsamheten för investering av ett batterisystem beror på tröskelgräns och batterikapacitet.

The main purpose of this thesis was to develop and evaluate Key Performance Indicators (KPIs) and battery usage associated with Lithium-ion Battery Energy Storage Systems (LiBESS) used as Frequency Containment Reserve (FCR). The investigation was based on three of Vattenfall´s LiBESS projects that use the same lithium-ion battery technology but vary in system rating and configuration. It was found that two of the most important KPIs are response time and energy efficiency. The response time describes how fast the system can respond to changes in grid frequency. Additionally, the energy efficiency describes how effectively the system can provide energy storage during service and it can be parametrized into the efficiency of the battery, converter and transformer. The results show that all the considered LiBESS can fulfill the response time requirements of 30 seconds for FCR provision. In the future stricter requirements for the response time in grid stabilization services will most likely be required. Nevertheless, the results showed that a well configured LiBESS can provide response times on the millisecond scale. The energy efficiency evaluation showed that the system energy efficiency decreased from 89% to 85% when the power increased from 50% to 100% of rated power. At 75% of rated power it was found that the converter had the lowest efficiency (92%) based on the analysis of the efficiency of all the system components. It was also found that the power consumed by auxiliary loads was nearly constant for the examined power rates and that it significantly reduced the energy efficiency. Lastly, the battery usage analysis showed that the battery often idles or operates at low power rates if the frequency dead-band of ±10 mHz is applied around the nominal value of 50 Hz. Moreover, the battery usage can be characterized by an average State of Charge of 50% and a maximum Depth of Discharge of 30% during both charge and discharge of the batteries.

Orientador: Dr. Alfeu J. Sguarezi Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, 2015. / Neste trabalho apresenta-se uma configuração do sistema de armazenamento de energia com baterias aplicado a sistemas de geração de energia eólica empregando conversores de fonte Z conectados à rede elétrica. Os geradores de indução gaiola de esquilo, são frequentemente utilizados nos sistemas de geração de energia eólica, por sua robustez, simplicidade, peso menor e custo baixo. Este é conectado diretamente ao conversor de potência bidirecional back to back, pode fornecer potências ativa e reativa à rede elétrica. Além disso, é estudado o conversor de fonte Z aplicado nesta topologia. No entanto, a implantação de sistemas de armazenamento de energia com baterias nos sistemas de geração de energia eólica na atualidade é muito importante, devido à possibilidade de oscilações da tensão e corrente na rede elétrica, portanto, estes podem ajudar à estabilização das tensões, correntes e a frequência na rede elétrica. Este sistema é conectado ao conversor back to back por meio de um conversor elevador-abaixador de corrente contínua. Para controlar a velocidade no eixo do rotor no gerador de indução, a estratégia é baseada no controle direto de torque. Enquanto, para o conversor do lado da rede é empregada a técnica de controle orientado pela tensão. Para o banco de baterias é utilizado o controle da tensão no barramento de corrente contínua e do fluxo na corrente da bateria, utilizando controladores do tipo PI. Com os novos desenvolvimentos tecnológicos nas chaves de potência, são apresentadas topologias de conversores CC-CA como o conversor de fonte Z, este tipo de conversor corrige algumas limitações do conversor back to back, com as características de elevador/abaixador de tensão, sem o uso de dispositivos de comutação, são permitidos os curto-circuitos na chaves, empregando novas técnicas de modulação, e reduz a quantidade harmônica injetada na rede elétrica. Os estudos foram realizados por meio de técnicas de simulação computacional usando modelos matemáticos do sistema estudado para a validação das estratégias de controle empregadas em diferentes condições de operação. Para as simulações empregou-se a ferramenta computacional SimPowerSystems R do Matlab/Simulink R . / This paper presents a battery energy storage system applied to wind power generation based on Z-source inverter connected to the power grid. The squirrel cage induction generators, often used in wind power generation systems, for its robustness, simplicity, lower weight and low cost. This is connected directly to the bidirectional power converter back to back, therefore, and provides active and reactive powers to grid. In addition, it is studied the Z-source inverter applied in this topology. However, the implementation of battery energy storage systems in wind power generation systems, currently is very important, due to possibility of the voltage and current fluctuations in the power grid, so these may to stabilisation of current, voltage and frequency on the grid. This system is connected to back to back converter through a DC-DC converter (buck-boost). For the rotor speed control on induction generator, the strategy is based on direct torque control. While, for the grid side converter is employed the technique of voltage oriented control. For the battery bank voltage control is used on DC-link voltage and battery current flow, through PI type controllers. With the new technological developments in the keys of power, DC converters topologies are presented as the Z-source inverter, this type converter fixes some limitations of the converter back to back, with the characteristics of buck-boost voltage, without the use of switching devices, allowed short-circuits on converter, using new modulation techniques, and reduces the amount injected harmonic to power grid. The studies were performed by means of computer simulation techniques using mathematical models of studied system to validate the control strategies employed in different operating conditions. For the simulations was used the computational tool SimPowerSystems R do Matlab/Simulink R .

[ES] Dos aspectos críticos en la operación de una microrred son las estrategias de control y gestión de potencia implementadas, las cuales son esenciales para proporcionar su buen funcionamiento. La aplicación adecuada de dichas estrategias permite compensar los desequilibrios de potencia causados por la discontinuidad de la generación y de la demanda de energía en las microrredes. En este sentido, el objetivo global de estas estrategias de gestión es equilibrar adecuadamente el flujo de potencia en la microrred, mediante la aplicación de diferentes algoritmos que permiten cumplir con los criterios de estabilidad, protección, balance de potencia, transiciones, sincronización con la red y gestión adecuada de la microrred. En el caso de microrredes de pequeña escala de potencia con bajo número de generadores y sistemas de almacenamiento distribuidos, las estrategias de control centralizado ofrecen un alto nivel de flexibilidad para lograr funcionalidades avanzadas en la microrred y una adecuada distribución de la potencia entre los convertidores que la conforman. Esta tesis se ha enmarcado en el contexto de algoritmos de gestión centralizada de potencia de una microrred de generación distribuida en modo conectado a red. Los algoritmos presentados se pueden aplicar a los convertidores de potencia conectados al bus DC de una microrred AC/DC híbrida o en una microrred de DC, donde el despacho de potencia es observado y gestionado por un controlador central. Este último adquiere datos del sistema mediante una infraestructura de comunicaciones y estima la potencia que gestionará cada uno de los convertidores de potencia, sistemas de almacenamiento y cargas en funcionamiento. En este estudio se muestra la validación experimental de las estrategias de gestión aplicadas en la microrred desde el enfoque del comportamiento de los convertidores de potencia, de las baterías y las cargas ante dicha gestión. Se verifica la estabilidad de la microrred sometiendo a los convertidores a diferentes escenarios de funcionamiento. Estos escenarios pueden ser fluctuaciones en la irradiación, la demanda, el estado de carga de las baterías, los límites máximos de exportación/importación de potencia desde/hacia la microrred hacia/desde la red principal y de la tarifa eléctrica. Adicionalmente, se propone un sistema de almacenamiento de energía en baterías encargado de mantener el equilibrio de potencia en el bus de DC de la microrred que permite aprovechar las fuentes de generación renovables presentes en la microrred y maximizar el tiempo de servicio de las baterías mediante la aplicación de un algoritmo de carga de las baterías. Este último se ajusta al procedimiento de carga especificado por el fabricante, estableciendo las tasas de carga en función de los escenarios en que la microrred se encuentre. El procedimiento de carga en las baterías es fundamental para garantizar las condiciones adecuadas de operación de las mismas, ya que toman en consideración los parámetros establecidos por el fabricante, como son: tasas de carga/descarga, tensión máxima de carga, temperaturas de operación, etc. / [CAT] Dos dels aspectes crítics en l'operació d'una micro-xarxa són les estratègies de control i gestió de potència implementades, les quals són essencials per proporcionar el seu bon funcionament. L'aplicació adequada de dites estratègies permet compensar els desequilibris de potència causats per la discontinuïtat de la generació i demanda d'energia en les micro-xarxes. En aquest sentit, l'objectiu global de les nomenades estratègies de gestió és equilibrar adequadament el flux de potència en la micro-xarxa mitjançant l'aplicació de diferents algoritmes que permeten complir amb els criteris d'estabilitat, protecció, balanç de potència, transicions, sincronització amb la xarxa i gestió adequada de la micro-xarxa. En el cas de micro-xarxes de potència a petita escala i amb baix nombre de generadors i sistemes d'emmagatzematge distribuïts, les estratègies de control centralitzades ofereixen un alt nivell de flexibilitat per aconseguir funcionalitats avançades en la micro-xarxa i una adequada distribució de la potència entre els convertidors que la conformen. Aquesta tesi s'ha emmarcat al context d'algoritmes de gestió centralitzada de potència d'una micro-xarxa de generació distribuïda en mode de connexió a xarxa. Els algoritmes presentats es poden aplicar als convertidors de potència connectats al bus DC d'una micro-xarxa AC/DC hibrida o en una micro-xarxa de DC, on el despatx de potència és observat i gestionat per un controlador central. Aquest últim adquireix dades del sistema mitjançant una infraestructura de comunicacions i estima la potència que gestionarà cadascun dels convertidors de potència, sistemes d'emmagatzematge i càrregues en funcionament. En aquest estudi es mostren la validació experimental de les estratègies de gestió aplicades en la micro-xarxa des d'un enfocament dels convertidors de potència, de les bateries i les càrregues davant d'aquesta gestió. Es verifica l'estabilitat de la micro-xarxa exposant als convertidors a diferents escenaris de funcionament. Aquest escenaris poden ser fluctuants en la irradiació, la demanda, l'estat de càrrega de les bateries, els límits màxims d'exportació/importació de potència des de/cap a la micro-xarxa cap a/des de la xarxa principal i de la tarifa elèctrica. Addicionalment, es proposa un sistema d'emmagatzematge d'energia en bateries encarregats de mantindre l'equilibri de potència al bus DC de la micro-xarxa i que permet aprofitar les fonts de generació renovables presents en la micro-xarxa i maximitzar el temps de servei de les bateries mitjançant l'aplicació d'un algoritme de càrrega de bateries. Aquest últim s'ajusta al procediment de càrrega especificat pel fabricant, establint les taxes de càrrega en funció dels escenaris en que la micro-xarxa es trobe. El procediment de càrrega a les bateries es fonamental per garantir les condicions adequades d'operació de les mateixes, ja que prenen en consideració els paràmetres establerts pel fabricant, com ara són: taxes de càrrega/descàrrega, tensió màxima de càrrega, temperatures d'operació, etc. / [EN] Two critical aspects in microgrids operation are the control and power management strategies, which are essential for their efficient operation. The adequate application of these strategies allows compensating the power imbalance caused by the discontinuity in the energy generation or changes in the power demand of the microgrid. In this sense, the overall objective of these power management strategies is to keep the power balance between the generation and the demand in the microgrid through the application of different algorithms that fulfill the criteria of stability, protection, smooth transitions and synchronization with the main grid. In the case of small-scale microgrids with a low number of distributed generators and energy storage systems, the centralized control strategies offer a higher level of flexibility to achieve advanced features in the microgrid and for the suitable power sharing between the converters that compose it. This thesis has been focused on centralized power management algorithms of a microgrid working in grid connected mode. These algorithms can be applied to the power converters connected to the DC bus of both hybrid AC/DC and DC microgrids, where the power dispatch is controlled by a central controller which acquires system data through a communication infrastructure and sets the power to be managed by each of the converters under operation. In this thesis, the experimental validation of the power management strategies of the microgrid is presented, from the point of view of the behavior of the power converters, batteries and loads. It is provided with a realistic evaluation under different microgrid operation scenarios. These scenarios were sudden changes of the irradiation, load, state of charge, the maximum power to be exported/imported from/to the microgrid to/from the grid, and the electricity tariff. Additionally, it is proposed a battery energy storage system that keeps the power balance at the DC bus of the microgrid, taking advantage from the renewable energy sources and adjusting the battery energy storage through a suitable charging procedure specified by the manufacturer. The proposed procedure changes the charging parameters of the batteries depending on the microgrid states. Its goal is to extend the service time of batteries and to allow proper energy management in the system. / Salas Puente, RA. (2019). Gestión eficiente de los convertidores de potencia conectados al bus DC de una Microrred híbrida de generación distribuida [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/118658 / TESIS

Battery Storage Systems (BESS) installed Behind the Meter (BTM) can provide demand management services, reducing electricity costs and enhancing overall electricity system stability. BTM BESS can also imporve self-consumption obtained with distributed generation assets like solar photovoltaics. This study examines the influence on value creation from consumption patterns and utility tariffs. Using Swedish and UK tariffs and a set of consumption profiles, the study determines the optimal BESS configuration and conducts simulations to assess profability through Net Present Value. Comparative analysis reveals the impact of utility tariffs and consumption profiles on profitablility. Projected BESS cost levels for 2030 and 2050 are used to evaluate expected future profitability.  The findings indicate that utility tariff has a stronger influence on BTM BESS profitability than consumption profile. Energy arbitrage creates most of the value, depending more on tariff structure than consumption pattern. However, with higher demand charges, the consumtion profile becomes more important as the relative value of peak shaving increases. Two sensitivity analyses have been performed. The first shows that NPVs are affected by decreased electricity price variability, emphasising the need for accurate long-term price forcasts. The second shows that existing electricity consumption forecasting techniques prove sufficient for effective peak shaving.  In conclusion, this research inderscores the significance of utility tariffs and consumption profiles in determining BTM BESS profitability. Energy arbitrage dominates value creation, while peak shaving gains importance with higher demand charges. Accurate long-term price forecasts are crucial for assessing BTM BESS profitability, and existing consumption forecasting techniques are suitable for peak shaving. / Batterilagring installerad bakom elmätaren kan optimera en fastighets elkonsumtion för att reducera elkostnader samt förbättra stabiliteten i elsystemet som helhet. Den här studien undersöker faktorer som påverkar värdeskapande genom energiarbitrage och peak shaving, inklusive konsumtionsprofiler och eltariffer. Studien undersöker även om det går att uppnål önsamhet under nuvarande och framtida prisnivåer för batterilagring. Studien utgår ifrån svenska och brittiska eltariffer samt fem konsumtionsprofiler, och fastställer den mest optimala konfigurationen av batterilagring genom optimering. Därefter jämförs lönsamheten genom nettonuvärde-analys för att dra slutsatser om hur eltariff och konsumtionsprofil påverkar lönsamhet. Studien visar att lönsamhet för batterilagring bakom mätaren beror mer på eltariff än konsumtionsprofil. Detta eftersom mest värde skapas genom energiarbitrage som är mindre beroende av konsumtionsprofil men direkt beroende av variationer i elpriset. Med högre effektavgifter ökar lönsamhetens beroende av konsumtionsprofilen då det relativa värdet av peak shaving höjs. En känslighetsanalys visar på en stark korrelation mellan värdet av energiarbitrage och variationer i elpriset, vilket visar vikten av långsiktiga prognoser av elprisets volatilitet. Befintliga tekniker för prognostisering av elkonsumtion har tillräcklig noggrannhet för effektivpeak shaving. Sammanfattningsvis visar studien hur eltariff och konsumtionsprofil påverkar lönsamheten för batterilagring installerad bakom elmätaren. Majoriteten av värdet skapas genom energiarbitrage för svenska och brittiska tariffer. Med högre effektavgifter ökar betydelsen av peak shaving. Dessutom betonar studien vikten av långsiktiga prognoser av elprisvolatilitet vid utvärderingen av lönsamheten för investeringar i batterilagring bakom mätaren.

Research has shown that three-phase balancing alone can improve the operation of secondary distribution networks and that the addition of energy storage to the phase balancing power electronics further helps to alleviate the negative effects of phase unbalances. However, less attention has been paid to the economic potential of said technologies and particularly for loadside implementation. It appears that the deployment of phase balancers, with or without energy storage, is indeed hampered by uncertainty related to its economic feasibility, despite both technologies being commercially available. This thesis therefore aims to assess and compare the economic feasibility of the two configurations for peak shaving purposes in the context of residential property loads in Sweden. The assessment was performed using a specially developed deterministic techno-economic model taking into consideration historical load data from three Swedish real estate, cost estimations for a range of alternatives used when sizing the systems, applicable tariffs and fees for electricity and its distribution as well as technical parameters such as the capacities and efficiencies of the involved components. A novel approach was taken by linearly extrapolating the three load profiles into three sets of 91 synthesized load profiles to enable a larger dataset for analysis. The net present values generated for each set were then graphed and analyzed per original real estate. The results showed that both configurations can be economically feasible, but only under certain conditions. A phase balancer alone was found to be feasible for real estate whose peak currents are distinctly unbalanced and exceed 50 A, with the best expected rate of return for profiles exceeding 63 A since they enable a tariff switch. The combined system was found to be even more contingent on the tariff switch and therefore only feasible for peaks above 63 A. A substantial difference in the initial investment further makes the single phase balancer the preferred choice, unless the discount rate is as low as 2 % or less. On this basis, potential investors need to assess the state of unbalance of their loads and perform their own calculation based their load profile, cost of capital and applicable tariffs. / Tidigare forskning har visat att fasbalansering enskilt kan förbättra driften hos lokala distributionsnät och att ett batterisystem i tillägg till fasbalanserarens kraftelektronik ytterligare kan minska de negativa effekterna av fasobalanser. Däremot har mindre uppmärksamhet riktats mot den ekonomiska genomförbarheten hos dessa teknologier och i synnerhet för implementation på lastens sida av elmätaren. Det tycks vara så att spridningen av fasbalanserare, med eller utan energilagring, hindras av osäkerheten kring dess ekonomiska potential trots att båda teknologierna är kommersiellt tillgängliga. Detta arbete ämnar därför att värdera och jämföra den ekonomiska nyttan hos de två konfigurationerna vid toppreducering av fastighetselen i svenska bostadsfastigheter. Värderingen utfördes med hjälp av en särskilt utvecklad deterministisk tekno-ekonomisk modell som beaktade historiska lastdata från tre svenska fastigheter, kostnadsuppskattningar för en uppsättning av konfigurationer som användes vid dimensionering av systemen, applicerbara tariffer och avgifter för elektricitet och dess distribution samt tekniska parametrar såsom kapaciteter och verkningsgrader för de olika komponenterna. Ett annorlunda tillvägagångssätt tillämpades vidare för att utöka datamängden genom linjär extrapolation av lastprofilerna, vilket resulterade i tre uppsättningar av 91 syntetiserade lastprofiler. Nettonuvärdet beräknades följaktligen för varje profil och investeringsalternativ för att sedan plottas och analyseras per ursprunglig fastighet. Resultaten visade att båda konfigurationerna kan uppvisa lönsamhet, men endast under särskilda förutsättningar. Den enskilda fasbalanseraren bedömdes som lönsam för fastigheter vars strömtoppar är påtagligt obalanserade och som överstiger 50 A, med största möjliga lönsamhet för profiler som överstiger 63 A då dessa möjliggör ett tariffbyte. Det kombinerade systemets lönsamhet bedömdes vara ännu mer beroende av tariffbytet och därför endast lönsamt för strömtoppar över 63 A. En betydligt större grundinvestering för det kombinerade systemet gör vidare att den enskilda fasbalanseraren i regel är att föredra, såvida inte kalkylräntan är så låg som 2 % eller mindre. Baserat på detta uppmanas potentiella investerare att undersöka balanstillståndet hos deras laster och att utföra en egen kalkyl baserat på deras specifika last, kapitalkostnad och nätföretag.

Coincidence factors have been researched since the late 1800s, as they displays the ratio between the maximum coincidencental power usage of a system, and the sum of the maximum individual loads of the system. Accurate estimations of the highest coincidental power usage allow for minimal material usage when constructing substations, transformers, overhead lines, and cables for power transmission. Scania is large bus and truck production industry in Sweden, and has realised that it over-estimate the largest coincidental power usage of production facilities, which leads to unnecessary investment costs and power subscription with the power distribution utility. This study is special, as the area of coincidence factors for industrial purposes are rarely investigated. In combination with modelling of BESS for power supply, this study aims to investigate established methods of calculating coincidence factors for industrial purposes and their relevance, as the results will be compared to actual values from measurements. The results of the study showed that Velander ́s method, used by utilities in Sweden and a few other countries, is not very relevant for estimating highest coincidental power usage, as this requires accurate estimation of yearly energy usage, and two other parameters, k1 & k2 . The normal distribution is better for this purpose but also requires accurate data. This study proposed a method based on the normal distribution, that requires follow-up in order to guarantee that it is accurate in multiple cases. In addition, a BESS was modelled using Matlab, with the initial aim of peak-shaving. Since this did not prove profitable with Scania ́s standards, the modelling simply aimed at being profitable using Net Present Value as economical tool for evaluating profitability. The results displayed a lot of profitable sizes of the BESS where the battery became profitable after five years minimum. / Sammanlagringsfaktorer har studerats sedan slutet på 1800-talet. De visar kvoten mellan den högsta sammanfallande effekten och summan av de högsta individuella effekterna per last i ett system. En mer träffsäker uppskattning av sammanfallande effekt, reducerar materialanvändning vid byggande av ställverk, transformatorer och elkablar som ska användas vid strömöverföring. Scania är en stor produktionsindustri i Sverige som tillverkar bussar och lastbilar. De har insett att de överdimensionerar sina effektbehov hos olika produktionsfabriker, vilket leder till onödigt höga investeringskostnader och höga effektabonnemang gentemot eldistributören. Studien är ovanlig, då sammanlagringsfaktorer inom industrin är väldigt lite forskat kring. Studien undersöker redan etablerade metoder för att beräkna sammanlagringsfaktorer och hur relevanta de är för området. Dessutom studeras batterier för energilagring. Detta görs genom jämförelse av mätningar av strömmar i en av Scanias lokaler. Resultaten av studien visar att Velanders metod är olämplig för användning då den kräver kunskap om årlig energiförbrukning, samt korrekta konstanter k1 & k2. Normaldistribution som är ett statistikt verktyg, gav mer liknande värden av de uppmätta strömmarna i B178, men hade sin svaghet i att metoden också krävde kunskaper om effektanvändning, vilket blir problematiskt när en ny fabrik ska byggas, samt uppskatta effektbehovet för denna. Studien föreslår en modell som baseras på normaldistribution, men som kräver uppföljning för att säkerställa relevans. Utöver detta, används Matlab för att modellera ett batteri, vars primära syfte är att kapa effekttoppar. När detta visade sig vara icke lönsamt med Scanias standarder blev målet att istället modellera ett batteri vars enda mål att vara lönsamt. Där visade det sig finnas flera storlekar på batterier som var lönsamma efter minst fem år.

Hydropower is one of the oldest renewable energy (RE) sources and constitutes a major share in the Swedish electricity mix. Though hydropower is renewable, there exist some issues pertaining to the local aquatic conditions. With more environmental laws being implemented, regulating the use and management of water is jeopardizing the flexibility of hydropower plants. The decided national plan for new environmental conditions in Sweden is expected to start being implemented in 2025 and more restrictions are expected. Analysing a battery energy storage system's capabilities plants may improve flexibility in hydropower plant operation. This thesis is focused on the short-term regulation in lower Oreälven river where the hydropower plants Skattungbyn, Unnån and Hansjö are located. The combined hydropower plant and battery system is simulated being employed in the day-ahead market and a techno-economic optimization of the combined system is performed. The combined system's operation is modelled using Mixed Integer Linear Programming. The future electricity market analysis is modelled using Machine Learning techniques. Three different electricity market scenarios were developed based on different Swedish nuclear energy targets for 2040 to capture the future. The first scenario developed complies with the Swedish energy target of 100 % renewable production in 2040. The second scenario has still two nuclear power plants in operation by 2040 and the third scenario has the same nuclear capacity as of 2020. It is observed from the results that with the current battery costs (~3,6 Million SEK/MWh), the implementation of a battery system for the short term regulation of the combined battery/hydropower system is not profitable and the cost of battery needs to be less than 0,5 Million SEK/MWh to make it profitable. The thesis also discusses the possibility of utilizing batteries’ second life and the techno-economic analysis of their performance. / Vattenkraft är en av de allra äldsta förnybara energikällorna och utgör idag en väsentlig del av Sveriges energimix. Trots att vattenkraft är förnybar, har den lett till vissa utmaningar i den lokala vattenmiljön. Som en följd av att fler miljölagar har implementerats för att reglera nyttjandet av vattendrag och sjöar, minskar flexibiliteten i vattenkraftproduktionen. Den av den svenska regeringen i juni 2020 beslutade nationella planen för miljöanpassning av vattenkraften i Sverige, förväntas börja genomföras med start 2025 och tros då resultera i fler flexibilitetsbegränsningar. Genom att analysera driften av batteriers energilagringssystem kombinerade med vattenkraftverk, bedöms flexibiliteten i sådana kombinerade system kunna ökas. Denna studie fokuserar på den kortsiktiga regleringen av nedre Oreälven med vattenkraftverken Skattungbyn, Unnån och Hansjö. En kombination av vattenkraftverken med batterisystem simuleras mot spot-marknaden och en teknisk-ekonomisk optimering av det kombinerade systemet utförs. Driften av det kombinerade systemet modelleras med linjärprogrammering och den framtida analysen av elmarknaden modelleras med maskininlärningstekniker. Tre olika scenarier för elmarknaden utvecklades baserade på målen för den svenska kärnkraften år 2040. Det första scenariot som utvecklades är i linje med det svenska energimålet om 100 % förnybar produktion till 2040. Det andra scenariot utvecklades med två kärnkraftverk fortfarande i drift 2040 och det tredje scenariot med samma kärnkraftskapacitet som 2020. Från resultaten kan särskilt noteras att med nuvarande batterikostnader (~3,6 miljoner SEK/MWh) kommer införandet av batterier för att kortsiktigt reglera vattenkraftverken inte att vara lönsamt om inte batterikostnaden reduceras till som högst 0,5 miljoner SEK/MWh. Denna studie diskuterar även möjligheterna att använda andrahandsbatterier samt en teknisk-ekonomisk analys för dess prestanda.

The transition in the transport sector by the integration of battery electric vehicles (BEVs) brings a new challenge for the system operators to ensure the balance between supply and demand. The installation of new EV charges poses a surge in electricity demand in the coming years which jeopardizes the grid reliability and stability. With the new EV policies in place, Sweden will have a huge growth of BEVs and the associated charging infrastructures. The challenges faced by the electricity transmission and distribution will depend on the type and smart capability of the infrastructure. Therefore, research is conducted to analyze the impacts of the mix of public and private residential EV charging and how smart charging can help in mitigating the impacts. This thesis studies the impact of the mix of private residential and public EV chargers on the power network of Hammarby Sjöstad, a neighborhood of Stockholm. Four substations out of 20 corresponding to the areas with the highest proportion in the residential and commercial sectors in the network were chosen for the study and power flow analysis was carried out to analyze the impacts in the year 2025. EV chargers were categorized into public and private residential chargers. The public chargers had rated power of 22 kW each while residential chargers were rated at 3.68 kW each. EVs can behave as energy vectors, and it is possible to optimize their charging as a part of demand-side management which includes peak shaving or shifting. Optimizing EV charging was treated as a mixed integer linear programming (MILP) problem to schedule EV charging for both reducing losses and the cost of electricity import from the grid. Two optimization strategies were investigated to analyze their potential to reduce the peaks due to uncontrolled charging. Renewable energy generation from solar PVs integrated with EV chargers reduces the import of electricity from the grid during the day which not only reduced the losses but also the cost of importing electricity from the grid. The effect of intermittency of solar PV generation was reduced by implementing BESS. At low price periods, the BESS was charged using the excess PV power and at higher price periods, the BESS was discharged. Three scenarios were developed, where the Reference scenario refers to the base case without PV and BESS, With PV scenario considered only PV generation while With PVBESS scenario considered the implementation of BESS with PV. Three test cases were simulated for each of the scenarios, and it was found that by the implementation of smart charging, the losses in the network reduce by 35.5% and it also significantly reduced the losses in all the other scenarios. Implementation of smart charging reduced the cost of electricity import from the grid by 4.3%. The integration of PV generation led to a 7% further reduction in the losses and cost of electricity import as compared to the Reference scenario. The integration of BESS increased the losses in the network, but it also enhanced the self-consumption of PV power. The implementation of smart charging not only reduces the losses and costs of import but will lead to savings in grid reinforcement costs. / Övergången inom transportsektorn genom integrering av batteri -elektriska fordon (BEV) medför en ny utmaning för systemoperatörerna att säkerställa balansen mellan utbud och efterfrågan. Installationen av nya elavgifter innebär en kraftig ökning av elbehovet under de kommande åren, vilket äventyrar nätets tillförlitlighet och stabilitet. Med den nya EV -politiken på plats kommer Sverige att ha en enorm tillväxt av BEV och tillhörande ladd infrastrukturer. Utmaningarna för elöverföring och distribution beror på infrastrukturens typ och smarta kapacitet. Därför forskas för att analysera effekterna av blandningen av offentliga och privata EV -laddningar för bostäder och hur smart laddning kan hjälpa till att mildra effekterna. Denna avhandling studerar effekten av blandningen av privata bostäder och offentliga EV -laddare på kraftnätet i Hammarby Sjöstad, en stadsdel i Stockholm. Fyra transformatorstationer av 20 motsvarande de områden med den högsta andelen inom bostads- och kommersiella sektorer i nätet valdes ut för undersökningen och effektflödesanalys utfördes för att analysera effekterna år 2025. EV -laddare kategoriserades offentligt och privata bostadsladdare. De offentliga laddarna hade en nominell effekt på 22 kW vardera medan bostadsladdare var 3,68 kW vardera. Elbilar kan bete sig som energivektorer, och det är möjligt att optimera laddningen som en del av hanteringen på efterfrågesidan som inkluderar topprakning eller växling. Optimering av EV -laddning behandlades som ett blandat heltal linjärt programmeringsproblem (MILP) för att schemalägga EV -laddning för både minskning av förluster och kostnader för elimport från nätet. Två optimeringsstrategier undersöktes för att analysera deras potential att minska topparna på grund av okontrollerad laddning. Förnybar energiproduktion från solcellsanläggningar integrerade med EV -laddare minskar importen av el från nätet under dagen vilket inte bara minskade förlusterna utan också kostnaderna för att importera el från nätet. Effekten av intermittency av solcellsgenerering genererades genom att implementera BESS. Vid lågprisperioder debiterades BESS med överskott av PV -effekt och vid högre prisperioder laddades BESS ur. Tre scenarier utvecklades, där referensscenariot hänvisar till basfallet utan PV och BESS, med PV -scenario endast betraktat PV -generering medan With PVBESS -scenario övervägde implementeringen av BESS med PV. Tre testfall simulerades för vart och ett av scenarierna, och det visade sig att genom implementering av smart laddning minskar förlusterna i nätverket med 35,5% och det minskade också avsevärt i alla andra scenarier. Genomförandet av smart laddning minskade kostnaden för elimport från nätet med 4,3%. Integrationen av PV -produktion ledde till en ytterligare minskning av förlusterna och kostnaderna för elimport med 7% jämfört med referensscenariot. Integrationen av BESS ökade förlusterna i nätet, men det förbättrade också självförbrukningen av PV-kraft. Genomförandet av smart laddning minskar inte bara förluster och kostnader vid import utan leder till besparingar i nätförstärkningskostnader.