The objective of this thesis was to assess the market opportunities for two novel Carnot battery system solutions, one supplying power and low temperature heat as well as a system supplying medium temperature heat exclusively. To fulfill the objective, a methodology was developed and implemented to investigate the market potential, further two techno-economic models were developed and utilized to investigate the performance of such Carnot battery solutions. Based on the market review four industrial sectors were identified as most interesting and the geographical scope was confined to Europe. Further, case studies were developed to mimic two different sizes of manufacturing plants, a small and large, for the identified sectors. The cases were then implemented to the techno-economic analysis to compare the performance of a new Carnot battery system against the conventional energy solutions. The identified market offers a vast opportunity for incorporating Carnot battery solutions to meet the industrial sectors requirements, both from a technical and market size perspective. The market review combined with the techno-economic analysis indicates that the heat market is interesting as long as fuel, power grid costs and industrial operations are at the ideal level. For the Carnot battery system supplying both power and heat, it was found that yearly cost savings in the range of 10-15 % could be achieved for the identified market. The added value of incorporating heat generation and surplus power from PV had a strong effect on the business case. Through sensitivity analysis it was approximated that locations in central/south Europe with global horizontal irradiance (GHI) above 1500 kWh/m2 would benefit from the solution. For the Carnot battery system supplying medium temperature heat it was found that solutions would struggle with feasibility for the given market conditions. Through sensitivity it was found that locations with GHI higher than 2100 kWh/m2 would benefit from the solution. For both models it was found that the hybrid solution, Carnot battery combined with on-site PV, yields the most feasible solution for the end user, compared to charging the Carnot storage system from the power grid. Both models were sensitives to changes in energy cost for operating the old conventional system as well as operations times of the industries. The availability of space is a major constraint to implement Carnot battery solutions, as both the Carnot battery as well as PV plant require substantial space. It was found through literature and interviews that industries with close proximity to end customer and which faces pressure to decarbonize, may be most interesting to target, as for e.g. the Food and beverage sector. / Syftet med denna uppsats var att undersöka marknadspotentialen för två stycken Carnot batterisystem, ett system som generar både el och låg tempererad värme och ett som endast generar medel tempererad värme. För att uppnå målet så utvecklades och implementerades en metod för att undersöka marknadspotentialen, vidare så utvecklades och användes två tekno-ekonomiska modeller för att undersöka prestandan för de två Carnot lösningarna. Baserat på marknadsundersökningen så identifierades fyra industriella sektorer som mest intressanta och baserat på dem begränsades omfattningen av studien till Europa. Från marknadsgenomsökningen och de identifierade industriella sektorerna skapades två olika profiler för att representera en liten och stor industri för de identifierade sektorerna. Profilerna användes som utgångspunkt för den tekno-ekonomiska analysen för att jämföra prestandan hos ett nytt Carnot batterisystem mot konventionella energilösningar. Den identifierade marknaden erbjuder en stor möjlighet för att integrera Carnot batterilösningar för att möta industrisektorns krav, både ur ett tekniskt perspektiv och med tanke på marknadensstorleken. Marknadsundersökningen kombinerat med tekno-ekonomiskanalysen indikerar att värmemarknaden för industrier är intressant så länge bränsle- och elkostnader samt drifttiden är i rättnivå. Resultat från analysen tyder på att Carnot batterilösningar, som generar både el och värme, kan skapa energikostnadsbesparingar runt 10–15 % för den identifierade marknaden. Värdet av att addera kassaflöden från överskotts el från solcellerna samt värmegenerering har en stark påverkan på resultaten. Från en känslighetsanalys gick det att identifiera centrala/södra Europa som platser med tillräcklig solinstrålning (runt 1500 kWh/m2) för att dra nytta av ett Carnot batteri. För Carnot batterisystemet som endast producerar medel tempererad värme så skapas inga energikostandsbesparingar för slutanvändaren för den analyserade marknadsförutsättningarna. Genom en känslighetsanalys gick det att fastställa att hög solinstrålning krävs (över 2100 kWh/m2) för att slutanvändaren ska skapa några besparingar med systemet. För båda modellerna generade en hybridsystemlösning med både Carnot batteri samt lokal solcellsanläggning de bästa resultaten, jämfört med om systemet skulle laddas från elnätet. Båda modellerna är känsliga mot förändringar i energikostnader, värme eller el, för det konventionella systemet samt lägre drifttid. Vidare så är tillgänglig yta en annan restriktion som både kan hindra implementeringen av Carnot batteriet samt också solcellsanläggningen. Både litteraturstudien och de genomförda intervjuerna tyder på att industrier som har nära kontakt med slutkonsumenten och som har krav på att reducera sin miljöpåverkan, är en intressant användare av ett Carnot batterilösning, som exempelvis livsmedelsindustrin.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-280470 |
| Date | January 2020 |
| Creators | Lantz, Martin |
| Publisher | KTH, Skolan för industriell teknik och management (ITM) |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-ITM-EX ; 2020:421 |
Page generated in 0.0087 seconds