Detta examensarbete utreder den tekniska och ekonomiska passbarheten av batterilagringssystem (BESS) inom den svenska el infrastrukturen. Syftet är att konstruera tre olika affärsfall för att representera den tekniska och den ekonomiska passbarheten av BESS inom den svenska el infrastrukturen, specifikt med uppkoppling mot distributionsnätverket på den regionala nivån, 6 kilovolt till 132 kilovolt (kV). Affärsfallen adresserar dem tekniska funktioner och kunder inom infrastrukturen som utifrån en litteraturstudie anses vara dem mest attraktiva att bygga ett affärsfall utifrån. Litteraturstudien utreder den svenska el infrastrukturens struktur samt dess existerande och uppkommande utmaningar. Studien utforskar även hela spektrumet energilagringssystem (ESS) för att rättfärdiga valet av litium-jon BESS. Litium-jon BESS är närmare undersökt, där systemets operativa parametrar samt komponenter är kartlagda. Vidare undersöks dem tekniska funktionernas tekniska krav och ekonomiska incitament i en marknadsanalys. Slutligen utforskas regler och lagar omkring BESS implementering i den svenska el infrastrukturen samt placeringen och de kostnader för att bygga en BESS anläggning. De tre affärfallen som är konstruerade i denna studie är: Kombinationen av frekvensrelaterade nätverksstödtjänster för en fristående BESS-tillgångsoperatör. Avbrottsfri strömtillförsel för ett datacenter. Skala effekttoppar och kombination av frekvensrelaterade nätverksstöddtjänster för en industri. Litium-jon BESS anses vara den mest tillämpliga tekniken på grund av dess snabba responstid, höga effekt- och energidensitet samt skalbarheten för att passa majoriteten av de tekniska funktioner som undersökts inom studien. Affärsfallens ekonomiska passbarhet utvärderas efter två ekonomiska indikatorer, nuvärdesberäkning (NPV) samt återbetalningstiden. Affärsfall nummer tvås tekniska funktion erbjuder ingen möjlighet att generera en inkomst vilket gör att den kommer bli utvärderad efter kostnad för service, där utgifterna är uppdelade utöver projektets livstid genom linjär amortering. Vidare används linjär amortering för att räkna ut kostnaden per kilo sparat CO2 utöver livstiden på projektet. Både affärsfall 1 (NPV= 231,0 MSEK, återbetalningstid= 7,8 år) samt affärsfall 3 (NPV= 17,3 MSEK, återbetalningstid= 8,8 år) visar en lönsamhet där affärsfall 2 ger en kostnad för service mellan 5,4 och 5,8 MSEK/år och där kostnaden per sparat kilo CO2 mellan 20,9 och 22,7 SEK/kg CO2. Denna studie fokuserar på de tre största distributionsnätverksoperatorerna (DNO) inom distributionsnätverket på en regional nivå: Vattenfall, Eon och Ellevio. Lönsamheten av de undersökta affärsfallen är starkt kopplade till placeringsområde inom nätverket, spänningsnivån och typ av DNO. Möjlighet att koppla upp BESS till en existerande transformatorstation på anläggningen för affärsfall två och tre minskar investeringskostnaden samt driftkostnaderna vilket vidare förbättrar dess lönsamhet. Affärsfall ett behöver gå igenom en noggrann bedömning för att försäkra sig om lönsamheten. NPV samt återbetalningstiden kan påverkas i affärsfall ett och tre på grund av den ständigt förändrande frekvensregleringsmarknaden där priserna är volatila på grund av nya marknadsinitiativ. Att konstruera ett BESS affärsfall medför att flertalet osäkerheter bör räknas in, såsom de ekonomiska incitamenten som inte visar någon garanti på att vara fortsatt lönsamt. Det höga priset på litium-jon batterier saktar ner attraktiviteten av affärsfallen och måste vidare sjunka för att främja ett lönsamt affärsfall. Andra ESS som flödesbatterier och vätgaslagringssystem visar god passbarhet att bli implementerad i den svenska el infrastrukturen men måste vidare utveckla sin tekniska och kommersiella mognadsgrad innan dem kan vara konkurrenskraftiga med litium-jon BESS. Examensarbetet är utfört i samarbete med Omexom Infratek Sverige AB med målet att bidra till en större förståelse av BESS roll i den svenska el infrastrukturen och vidare bidra till att konstruera ett tekniskt erbjudande för Omexom Infratek Sverige AB. / This master thesis investigates the technical and economic feasibility of battery energy storage systems (BESS) in the Swedish electrical infrastructure. The aim is to construct three business cases to represent the technical and economic feasibility of BESS implementation in the Swedish electrical infrastructure in the distribution network on the regional level, 6 kilovolts to 132 kilovolts (kV). The business cases address the technical functions and customers within the infrastructure that is recognized through a literature study to build the most attractive and incentivized business cases from. The literature study investigates the Swedish electrical infrastructure’s structure and its existing and upcoming challenges. It investigates the spectrum of energy storage systems (ESS) to justify the choice of the lithium-ion (Li-ion) BESS. The Li-ion BESS is closer examined, where the systems operational parameters and components are mapped out. Furthermore, the technical functions technical requirements and economic incentives are investigated in a market analysis. Lastly, considerations regarding regulations and permits, the placement of BESS within the infrastructure and its surrounding costs is evaluated. The three business cases that are constructed within the thesis are: Combination of frequency related grid support services for a standalone BESS asset operator. Uninterruptable power supply for a data center. Peak shaving and a combination of frequency related grid support services for an industrial plant. The, Li-ion BESS is considered to most applicable technology due its fast response time, high power and energy density and scalability to suit the majority of technical functions investigated in the thesis. The business cases economic feasibility is evaluated after two economic indicators, the net present value (NPV) and the payback period. Business case two’s technical function offers no possible revenues and is evaluated as a cost for service where the expenses is divided throughout the project lifetime through linear amortization and the cost per saved kg CO2 is calculated over the lifetime of the BESS. Both business case 1 (NPV= 231.0 MSEK, payback period= 7.8 years) and case 3 (NPV=17.3 MSEK, payback period= 8.8 years) show profitability where business case 2 gives a cost per service between 5.4 and 5.8 MSEK/year and cost per saved kg CO2 between 20.9 and 22.7 SEK/kg CO2. This thesis focuses on the three largest distribution network operators (DNO) in the distribution network on a regional level: Vattenfall, Eon, and Ellevio. The profitability of the business cases investigated are strongly connected to the location in the network, the voltage connection level, and the type of DNO. Being able to connect to an existing substation on site as for business cases 2 and 3 will lower the capital and operational costs and further improve the profitability. Business case 1 needs a thorough assessment of placement in the electrical infrastructure in Sweden to assure profitability. The NPV and payback period in business cases 1 and 3 could conflict with the interchanging frequency regulation market where prices are rather volatile due to new market initiatives. Therefore, looking forward, building a BESS business case to be implemented comes with lots of uncertainties as the economic incentives shows no guarantee to continuously be profitable. The high price of Li-ion batteries is slowing down the attractiveness of the business cases and need to further decrease to promote profitable business cases. Other ESS technologies as flow batteries and hydrogen storage systems show good applicability to be implemented in the Swedish electrical infrastructure but needs to develop its technical and commercial maturity until it can become competitive with Li-ion BESS. The master thesis is performed in conjunction with Omexom Infratek Sverige AB with the aim to contribute to a broader understanding of the role of BESS in the Swedish electrical infrastructure and to help building BESS technical offers for Omexom Infratek Sverige AB.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-317492 |
| Date | January 2022 |
| Creators | Arnberg, Gustav |
| Publisher | KTH, Kemiteknik |
| 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-CBH-GRU ; 2022:256 |
Page generated in 0.0031 seconds