Syftet med arbetet är att designa ett elektrolytflödesbatteri som möter kraven att den perforerade laddningsuppsamlaren i batteriet ska ska ha en resistans väl under 3 ohm samt ha god kontakt med kompositelektroden gjord av ett aktivt elektrodmaterial belagt på kolfiltsubstrat utan att påverka elektrolytens flödesmöjligheter. Det finns också krav på att cellen ska vara tät, tåla en syrakoncentration på 3,3 M (H_2SO_4) samt att flödet skapat av en pump ska ske vinkelrätt mot kompositelektroden och laddningsuppsamlaren. Först skapades en design som inte gav utrymme till mer elektrolyt än vad som fick plats i kompositelektrodens porer och hade kontakter som var en del av laddningsuppsamlaren. Den slutliga designen är utformad så att det finns utrymme för mer elektrolyt och kontakter i som är skilda från laddningsuppsamlarna för att möjliggöra lättare rengöring av cellen vid behov. Behållaren är förslagsvis gjord i Teflon då det är ett material som tål kemisk påverkan och är omformbart, men om konstruktionen sker genom uppvärmning så är PEEK ett bättre alternativ. Laddningsuppsamlaren föreslås vara gjord i grafit, men kan också tillverkas av rostfritt stål vilket är det material som fördelaktigt används till kontakterna.

The purpose of the project was to carry out a study of a potential solar cell facility at Västergårdsgymnasiet. Previous studies have established that there is the greatest potential for electricity production during the summer period, which coincides with the load at its lowest. The aim of the project was therefore to investigate a solar cell plant with energy storage and how the surplus of the electricity produced can be stored.The modeling was performed with an installed capacity of 1231 kW solar panels and evaluated with the software Homer Pro, which is designed to simulate and optimize local energy systems. The execution of the project was divided into four main steps, the first being to check the solar-power plant's potential by calculating the theoretical electricity production against the property load. From this, the theoretical surplus could also be calculated, which is the cornerstone of the other main elements. The simulation resulted in the annual electricity production level being approximately 1.2 GWh and the theoretical surplus was estimated to be 0.5 GWh. The surplus in the system is sold to the electricity grid with a financial compensation based on Nordpool's spot prices. The financial result showed that it was not profitable with the conditions that the facility has and sensitivity analysis depending on the spot price was performed. The remaining three main steps are based on different types of energy storage methods, these are storage with lithium-ion batteries, flow batteries and hydrogen storage. The purpose of these energy storage methods was to reduce the proportion of electricity sold to increase the economic profitability and contribute to a higher degree of self-sufficiency.The systems with battery storage resulted in an increased degree of self-sufficiency but did not contribute to any increased economic profitability. The last storage method that was investigated was hydrogen storage, this was done with three different applications. The first application was based on the surplus of the produced solar energy being used to produce hydrogen. The produced hydrogen gas was then stored until the system has a shortage of energy and was then supplied to the fuel cell that produces both electricity and heat that were used in the property. The study showed that the method would not contribute to any economic profitability. The second application that was investigated was of the same basic structure as before but has been supplemented with a flow battery. The simulation of the system showed an increased degree of self-sufficiency but with a higher cost. The last method of application that was investigated was that the surplus energy is used to produce hydrogen, which was then used for an internal vehicle fleet or alternatively sold. The application gave promising results with the possibility of financial profitability.

’Netto-noll utsläpp’ i EU vid 2050 är ett av målen för att påskynda övergången från fossila bränslen till mer förnyelsebara och hållbara alternativ. Detta har däremot introducerat mer turbulens på elnäten. Ett av verktygen för att reglera och förbättra eldistributionen är stor-skaliga batterier, där litium-jon är den mest förekommande kemin. Men på grund av oro kring resursutbud och hopp om teknologidiversifiering har det påbörjat en sökning efter alternativ som kan användas i stället eller tillsammans med litium-jon batterier. Från en lång lista så har tre alternativ med hög potential identifierats. Dessa är nickel-vätgasbatteri, zink-brom flödesbatteri och järn-luftbatteri. Deras lämplighet undersöktes och diskuterades för flertalet användningsområden och för ett speciellt användarfall av Vattenfall. Slutsatsen var att utav de tre, så är det endast nickel-vätgas som kan förväntas vara ett bra alternativ för specifika fall, att zink-brom har få möjligheter att konkurrera och att järn-luft har väldigt hög potential men också många oklarheter som gör det svårt att förutspå dess utveckling. / With net-zero emissions set to be achieved in the EU by 2050, the transition from fossil-based energy sources to more renewable and green options are ever expanding. This puts a strain on the electricity grids because of the intermittent nature from these energy sources. To mitigate this battery systems are used, of which the lithium-ion battery is the most prevalent, and expected to only increase in use. However, material resource concerns and possible danger of over-reliance on one technology has opened for a search to find other alternatives that could be used instead or in conjunction with the battery. Out of a long list of batteries, the nickel-hydrogen battery, zinc-bromide flow battery and iron-air battery are three alternatives that have been identified to have potential. Their suitability was researched and discussed for various grid-applications. The result show that out of the three, it is only believed that the nickel-hydrogen battery have a definitive competitiveness, that the zinc bromide flow battery has few things going for it, and that the iron-air battery has large potential but just as large uncertainty surrounding its future. Lastly, a specific off-shore wind park case was investigated to see the practicality and competitiveness of the nickel-hydrogen battery compared to a specific lithium-ion chemistry.

The project Austerland Energi at the eastern tip of the island of Gotland called Östergarnslandet was started as a response to the larger project Omställning Gotland funded by the Swedish government as an effort for a pilot project to convert to renewable energy to reach zero CO2-emissions for the country in 2045. The current plan for the Austerland energy system is a solar PV and wind production base with energy storage in the form of batteries and hydrogen which also can be used as vehicle fuel. The system will also continue to be connected to the grid and the annual electricity consumption for the area is 3.4 GWh, including both households and agricultural activities. The energy system has been modeled by Energenious, a company based in Berlin, Germany, who recommended a battery storage and electrically driven vehicles. The total investment cost of which was 30.099 MSEK and the operation and maintenance cost was 2,780 kSEK/year and the emission rate was 138 ton/year.  The yearly global horizontal irradiance is approximately 1,060 kWh/m2 at the location, the average wind speed is 7.5-8.5 m/s at 100 m hub height, but the wind turbine would have to be lower because of the Östergarnslandet being a protected area for the beautiful scenery. The heat production is mostly individual for each household or farm with either heat pumps or biomass boilers. There are no options for hydropower at the location and there is a desalination plant and a water treatment facility which provides the households and farms with drinking and irrigation water. The alternative energy storage solutions investigated in this thesis includes Flywheel, Redox flow battery, Pumped hydro, Deep Sea pumped hydro, Supercapacitors, Compressed air energy storage and Thermal energy storage. The first three of which were included in the models of the system. For the Future scenario changes of the energy consumption, the patterns of change for the households were based on national and regional trends the last 25 years.  The Austerland energy system was modeled using the software Homer Pro, where the base case of using batteries and batteries together with hydrogen storage was analyzed. The batteries were then switched to flywheels, a redox flow battery and a pumped hydro system respectively and analyzed with and without the hydrogen storage. The results showed that the recommended storage solution was still the batteries since the flywheel storage has too short storage duration, the flow battery storage is more expensive, and the pumped hydro storage has a complicated installation process. However, the recommended size of the batteries was half that of the recommended size provided by the Energenious models and the results also showed that the system would be suitable for a future change of the consumption patterns.  Lastly, the sustainability analysis showed that all the alternative energy storage devices have a slightly less CO2-emission rate, but none of the systems had a emission rate as low as that calculated by Energenious. However, when considering any of the components in an energy system, a more thorough investigation of environmental and social issues of the production process should be made. The investigation should include studying working conditions, wages, suspicions about child labour, process waste streams and other emissions streams and ethical values at the production company. / Projektet Austerland Energi är lokaliserat på ön Gotlands östra spets kallat Östergarnslandet. Projektet startades som ett efterfrågat initiativ genom det större projektet Omställning Gotland vilket är finansierat av den svenska regeringen. Omställning Gotland är för ett pilotprojekt för att ställa om till förnybar energi i landet och för att nå netto noll CO2-utsläpp i landet år 2045. Den nuvarande planen för Östergarns energisystem är en solcells- och vind produktions bas med energilagring i form av batterier och vätgas vilket också kan användas som fordonsbränsle. Systemet kommer även fortsättningsvis att vara anslutet till det lokala elnätet och den årliga elförbrukningen för området är 3.4 GWh inklusive både hushåll och lantbruksverksamhet. Energisystemet har modellerats av Energenious, ett företag baserat i Berlin, Tyskland, som rekommenderade batterilagring och elfordon snarare än att använda vätgas. Den totala investeringskostnaden var beräknad till 30,099 MSEK och drift- och underhållskostnaden var 2,780 kSEK/år och CO2-utsläppen var 138 ton/år.  Den årliga solinstrålningen på Östergarn är cirka 1,060 kWh/m2, medelvindhastigheten är 7.5-8.5 m/s vid 100 m navhöjd, men vindkraftverket måste vara lägre än så eftersom Östergarnslandet är ett skyddat område på grund av det vackra landskapet. Värme förses mestadels individuellt för varje hushåll eller gård med hjälp av antingen värmepumpar eller värmepannor som använder biomassa. Det finns ingen möjlighet för vattenkraft på denna del av Gotland men det finns en avsaltningsanläggning och en vattenreningsanläggning som förser hushållen och gårdarna med dricksvatten och vatten för bevattnings. De alternativa energilagrings lösningar som undersöks i denna avhandling inkluderar svänghjul, redox flödesbatteri, ett pumpkraftverk antingen på land eller till havs, superkondensatorer, trycklufts lagring och lagring av termisk energi. De tre förstnämnda alternativen ingick i modelleringen utförd i detta arbete. För undersökningen av framtida energiförbruknings förändringar, undersöktes utvecklingen för hushållen på nationella och regional nivå under de senaste 25 åren. Austerlands energisystem modellerades med hjälp av programvaran Homer Pro, där originalmodellen med endast eller batterier tillsammans med vätgaslagring analyserades. Batterierna byttes sedan till svänghjul, ett redox flödesbatteri respektive ett pumpkraftverk och analyserades med och utan vätgaslagringen. Resultaten visade att den rekommenderade lagringslösningen fortfarande var batterierna eftersom svänghjulet har för kort lagringstid, flödesbatteriet är för dyrt och pumpkraftverket har en mycket mer komplicerad installationsprocess. Den rekommenderade storleken på batterierna visade sig dock vara hälften av den rekommenderade storleken från Energenious-modellerna och resultaten visade också att systemet kommer vara lämpligt för den beräknade framtida konsumtionen. Slutligen visade hållbarhetsanalysen att alla alternativa energi lagringstyper har en något lägre koldioxidutsläpp, men inget av systemen hade en så lågt utsläpp som beräknat av Energenious. När någon av komponenterna i ett energisystem övervägs bör dock en mer grundlig undersökning av miljömässiga och sociala frågor i produktionsprocessen göras. Undersökningen bör omfatta arbetsvillkor, löner, misstankar om barnarbete, avfallshantering och andra utsläpp under produktionsprocessen och etiska värderingar hos produktionsföretaget.