Many of the over 3300 churches in Sweden are only used a couple of times a week and are kept cold in between sessions. The occasional heating results in a power spike which burdens both grid and wallet in form of an increased grid fee. With the help of a battery and peak shaving, the peak can be lessened. While the battery is not used for this purpose it can instead be used to support the grid. The aim of this project was to investigate how this could be achieved. As the energy production strives towards more sustainable methods, new problems in the grid can start to show up. One problem is the lack of rotational inertia in a new wind and solar based energy system. That will lead to new problems keeping the correct frequency of 50 Hz in the grid. To keep the frequency in an acceptable range, the Swedish transmission system operator (TSO), Svenska kraftnät, buys stability services which can come from the batteries in the church. Various stability services are available such as FCR and FFR. In this report calculations were made to research the potential profit if stability services would have been sold during 2022. The result shows that the profit was quite high, the investment cost of the batteries would be paid off in just a couple of years. In addition to this the batteries can also be used to support the local grid, participating in local flexibility markets, or even helping with voltage regulation or power factor compensation if the need should arise. Under the current economic circumstances, batteries would be a beneficial investment for parishes within the Church of Sweden, both from an economical and societal point of view. / Med batterier installerade i eluppvärmda kyrkor kan församlingar minska sina nätavgifter och erbjuda stödtjänster till elnätet. På grund av rekordhög ersättning för att leverera stödtjänster kan återbetalningstiden på batterierna idag kapas till några fåtal år. Många kyrkor används endast ett fåtal gånger i veckan och hålls vid låg temperatur däremellan. Innan användning måste de värmas upp och kräver då en stor effekt viket belastar både elnät och plånbok. Batteripack kan då användas för att fördela denna effekttopp över en längre tid. När batterierna inte användas för uppvärmning kan de användas för andra uppgifter såsom till exempel stödtjänster. Projektets syfte är därför att undersöka de systemnyttor som kan uppnås med batterier installerade vid eluppvärmda kyrkor, både på lokal och transmissionsnätsnivå samt de ekonomiska fördelarna med detta. Med utbyggnaden av förnyelsebara energikällor förändras dynamiken i elnätet då dessa saknar den stabiliserande rotationsmassan och planerbarheten som finns i de stora vatten- och kärnkraftverken. För att upprätthålla balansen och stabilitet i elnätet köper Svenska kraftnät stödtjänster, vilka skulle kunna erbjudas med kyrkornas eventuella batterier. Dessa tjänster kan vara frekvenshållningsreserver så som FCR-D, FCR-N eller FFR. På grund av de höga elpriserna har det varit mycket lönsamt att sälja dessa tjänster under den senaste tiden, något som kan ändras allteftersom läget i elnätet förändras. I denna rapport beräknades hur mycket kyrkan hade kunnat tjäna på att leverera stödtjänster under år 2022. Detta gjordes genom statistik från svenska kraftnät och en modell i beräkningsprogrammet Matlab. Utöver dessa stora nätomtäckande stödtjänsterna kan även batterierna användas för att på lokal nivå utjämna de effekttoppar som uppkommer mot överliggande nät, till exempel en kall vinterdag. Dessa effekttoppar kan vara ett problem bland annat då transmissionsnätet inte hinner byggas ut i samma takt som storstäderna, vilket späds på av den ökande graden av elektrifiering av samhället i stort. Redan i dag finns marknader för detta i bland annat Stockholm (sthlmflex) och Göteborg (Effekthandel Väst). Det är även möjligt att med batterierna och dess växelriktare hjälpa till med spänningsreglering, effektfaktorkompensering eller liknande om behov skulle uppstå. Slutsatserna som dragits från projektet är att det i dagsläget finns goda ekonomiska och samhällsnyttiga själ till att investera i ett batterisystem. Men då elsystemet idag ändras snabbt finns det vissa osäkerheter i hur framtidsläget kommer att se ut.

Aggregators targeting smaller customers, and their possibility to alleviate grid congestions through local flexibility markets, is a new concept in Sweden. The study’s purpose consisted of four main objectives. Investigate SthlmFlex and compare it to two other European flexibility markets. Explore the institutional, technical, financial and social considerations of an aggregator in Sweden. Identify barriers for the aggregators considerations as well as market barriers for SthlmFlex. Lastly, estimate the potential of aggregated demand side flexibility from heat pumps and electric vehicles in single-family houses to alleviate grid congestions in Stockholm 2021-2030. The study mainly followed an exploratory research approach where literature review was combined with interviews. A quantitative approach was applied for the estimation of the potential. SthlmFlex is an open market that offers trade of flexibility services as well as temporary subscriptions that allows Ellevio and Vattenfall to manage grid congestions through different solutions. The most noticeable difference in the comparison of markets was that SthlmFlex did not offer an integrated rebalancing mechanism. New Swedish regulations that will enable independent aggregation will be enforced in the beginning of 2022 and will facilitate the operation and acquisition of customers for aggregators. The aggregator requires a technical setup of both hardware and software to gain control of the technology and active the flexibility service. The business model is centred on sales of the technical system, which enables implicit and explicit services. Explicit services constitute a small part of the total revenue stream which is due to the low prices offered on flexibility markets. The aggregator has to consider the customers’ view on demand side flexibility and their competence within the electricity system. The study concluded that there is enough demand side flexibility potential in single-family houses to alleviate grid congestions in Stockholm from 2021-2030. However, several barriers were identified that limits the realization of this potential and the development of aggregators in Sweden. These include barriers related to balance responsibility, measurements and low revenue streams. Barriers in terms of market design and market approach were also identified specifically for SthlmFlex. / Aggregatorer som riktar sig mot mindre kunder, samt deras möjligheter att bidra till att minska flaskhalsarna i elnätet, är ett nytt koncept i Sverige. Studiens syfte bestod av fyra huvudmål. Utforska SthlmFlex och jämföra den med två andra europeiska flexibilitetsmarknader. Undersöka de institutionella, tekniska, finansiella och sociala övervägandena för en aggregator i Sverige. Identifiera barriärer för aggregatorns överväganden samt marknadsbarriärer för SthlmFlex. Slutligen, uppskatta potentialen av aggregerad efterfrågeflexibilitet från värmepumpar och elbilar i småhus för att underlätta flaskhalsar i elnätet i Stockholm från 2021–2030. Studien följde en utforskande ansats där litteraturstudier kombinerades med intervjuer. En kvantitativ metod användes för att uppskatta potentialen.SthlmFlex är en öppen marknad som erbjuder handel av flexibilitetstjänster samt tillfälliga abonnemang som tillåter Ellevio och Vattenfall hantera flaskhalsar i elnätet genom olika lösningar. Den mest noterbara skillnaden i jämförelsen av marknader var att SthlmFlex inte erbjöd en integrerad åter balanserande mekanism. Nya svenska regler som möjliggör oberoende aggregering träder i kraft i början av 2022 och kommer underlätta driften och införskaffning av kunder för aggregatorn. Aggregatorn kräver en teknisk struktur som med både hårdvara och mjukvara för att få kontroll av teknologin och aktivera flexibilitetstjänster. Affärsmodellen kretsar kring försäljning av det tekniska systemet som möjliggör tjänster som implicit, explicit och övriga. Explicita tjänster utgör en väldigt liten del av den totala intäktsmodellen, bland annat på grund av de låga priserna som erbjuds på flexibilitetsmarknader. Aggregatorn måste ta hänsyn till kundernas inställning till efterfrågeflexibilitet samt deras kompetens inom elsystemet. Studiens slutsats visar att den potentiella efterfrågeflexibiliteten hos småhus är tillräcklig för att underlätta flaskhalsar i elsystemet i Stockholm från 2021–2030. Flera barriärer identifierades som begränsar realisationen av denna potential och utvecklingen av aggregatorer i Sverige. Dessa inkluderade barriärer relaterade till balansansvar, mätning och låga inkomstströmmar. Barriärer i form av marknadsdesign och syfte med marknad identifierades även för SthlmFlex.

The Swedish electricity system is transitioning due to the establishment of climate policy goals and trends related to technology and demographics. The transition has resulted in an increased demand for electricity. The increased demand for electricity in combination with lack of forecasts, planning and coordination between actors in the electricity sector has led to the occurrence of grid congestion. Extending the network is time-consuming and requires substantial investments. Instead, an alternative is to utilise the available grid capacity more efficiently by implementing flexibility solutions. Flexibility can be achieved by implementing incentives such as grid tariffs. This solution has recently gained much attention in Sweden, but it is not apparent how grid tariffs should be designed. The purpose of this thesis is to investigate how distribution grid tariffs could be designed to incentivise different actors to contribute to flexibility in a way that results in an efficient use of the electrical grid. A qualitative study was performed, collecting empirical data through semistructured interviews with actors in the Swedish electricity market. The aim is that the results from this thesis will act as a basis for DSOs planning to design grid tariffs with the purpose to utilise the grid more efficiently. The findings present a ToU capacity charge with off-peak periods that are free of charge as the preferable main price signal in the tariff to achieve efficient utilisation of the grid. It is further argued that other structural elements can complement the ToU capacity charge. A small fixed charge could be added in order to contribute to the cost reflectiveness of the grid tariff. A small energy charge could be incorporated in order to provide consumer with incentives to be flexible below the current metered maximum power and strengthen the signal from the ToU capacity charge. A small energy charge can avert difficulties related to providing incentives below the current metered maximum, as it still can provide some incentives to be flexible, or strengthen the signal from the ToU capacity charge. Further, the energy charge can ensure sustainability if customers respond well to a ToU capacity charge and to compensate solar PV customers. Furthermore, recommendations to further enable the grid tariffs potential to provide price signals include shifting the focus of the revenue cap from CapEx to OpEx and exploring the hampering signals of the energy tax as well as contradicting price signals from the wholesale electricity price. / Det svenska elsystemet genomgår en förändring till följd av införandet av klimatmål och trender relaterade till teknik och demografi. Denna förändring har resulterat i ett ökat effektbehov. Ett ökat effektbehov i kombination med bristande prognostisering, planering och samordning mellan aktörer inom elsektorn har lett till uppkomsten av kapacitetsbrist. Att bygga ut elnätet är tar tid och kräver större investeringar. Ett alternativ är att istället utnyttja det befintliga elnätet mer effektivt genom att implementera flexibilitetslösningar. Flexibilitet kan uppnås genom att införa incitament i form av elnätstariffer. Denna lösning har nyligen fått mycket uppmärksamhet i Sverige, men det är inte klart inte hur dessa elnätstariffer ska utformas. Syftet med detta arbete är att undersöka hur distributionsnätets tariffer kan utformas för att stimulera olika aktörer att bidra med flexibilitet på ett sätt som resulterar i en effektiv användning av det befintliga elnätet. En kvalitativ studie genomfördes där empiriska data samlades in genom semistrukturerade intervjuer med aktörer på den svenska elmarknaden. Syftet är att resultaten från detta arbete ska fungera som ett underlag för nätägare som planerar att utforma elnätstariffer med syftet att utnyttja nätet mer effektivt. Resultaten visar att en ToU-effektavgift med gratis off-peak perioder bör vara den huvudsakliga prissignalen i en elnätstariff som ämnar att utnyttja det befintliga nätet mer effektivt. Det visar även att andra strukturella element kan komplettera ToU-effektavgiften. En mindre fast avgift kan adderas i syfte att göra elnätstariffen mer kostnadsriktig. En mindre energiavgift kan införas för att ge kunder incitament att vara flexibla även under den nuvarande uppmätta maximala effekten och stärka signalen från ToU-effektavgiften. Vidare kan energiavgiften säkerställa tillräckliga intäkter för nätägaren om kunderna svarar bra på en ToU-effektavgift och för att kompensera kunder med solceller. Ytterligare rekommendationer för att möjliggöra prissignaler genom elnätstariffer inkluderar att skifta fokus på intäktsramen från CapEx till OpEx och utforska de hämmande prissignalerna från energiskatten och de motstridiga prissignalerna från elhandelspriset.