Implementation of battery energy storage systems in the Swedish electrical infrastructure

Sammanfattning: 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.