Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Shifting the sun: Can coupling Lithium-ion batteries with solar power be economically justified in a Dutch setting?
KTH, School of Industrial Engineering and Management (ITM), Energy Technology.
2018 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesis
Abstract [en]

The rapid development of the lithium-ion battery industry is currently driving down sys-tem costs as a result of maturing processes. Decreasing system costs enables additional revenue streams and applications, provided through li-ion battery storage, to be ex-plored. EAM Solar, a Norwegian solar utility company with operational solar power plants across the globe, seeks to build and operate a solar power plant (SPP) in the Dutch region of Leeuwarden. This thesis investigates whether an SPP with an installed capacity of 16.1MW, can be economically profitable when utilizing li-ion battery energy storage systems (BESS) for arbitrage and time-shift of subsidized solar power in order to avoid large(r) grid-connection costs while accepting grid transmission limits. Literature, environment parameters and estimates from the industry was combined with financial data from the client and collaborators, such as a battery manufacturer, to create viable and realistic economic evaluations.The literature study provided information for relevant parameters such as the life cycle of a battery, which enabled a realistic modeling procedure regarding cyclic and calendric degradation, charge/discharge behavior, end of life terms and overall efficiencies. It was modelled quantitatively in Stella Architect and Microsoft Excel to obtain economical and financial indicators, such as Net Present Value (NPV) & Internal Rate of Return (IRR), to subsequently provide recommendations on whether to make the investment.Results show worse economic outcomes for li-ion BESS investments compared to the original investment of a stand-alone SPP, even when arbitrage was implemented as a cost recovery mechanism and with a smaller grid-connection cost. Furthermore, it is shown that a stand-alone BESS only used for arbitrage is unlikely to become profitable in the foreseeable future at this location or in a similar market mainly due to large in-vestment costs combined with substantial fees associated with access to the day-ahead electricity auction in the Netherlands, EPEX Spot NL. It is also shown that in spite of the lower grid connection for a SPP combined with a li-ion BESS, a 20-25% decrease in battery investment cost is required for the investment to yield similar rate of returns as a stand-alone SPP investment. The model developed in this thesis can be considered to be a tool for evaluating similar systems in the future with minor modifications, espe-cially as the market- and technology environment evolves.

Abstract [sv]

Den snabba utvecklingen utav litium-jonindustrin för batteritillverkning har kraftigt dri-vit ner systemkostnader som ett resultat av mer mogna processer. Sjunkande systemkost-nader möjliggör upptäckande av både nya intäktskällor och användningsområden för li-tium-jonbatteri. EAM Solar, ett norskt solkraftföretag som äger ett flertal solkraftverk världen över, är just i planeringsstadiet för att bygga och underhålla ett nytt kraftverk i den nederländska staden Leeuwarden. Denna uppsats undersöker om ett solkraftverk med en kapacitet på 16.1 MW kan vara lönsamt tillsammans med ett batterisystem som ska användas för att lagra el när överföringsgränsen är nådd, samt för arbitragehandel. Förhoppningen från klientens sida var att den mindre nätanslutning kunde användas tillsammans med ett batterisystem för undvika vissa investeringskostnader. Litteratur, lokala parametrar och kalkyler från industrin kombinerades med finansiella data från klienten och samarbetspartners som batteritillverkare för att skapa trovärdiga och real-istiska resultat.Litteraturstudien gav information om relevanta parametrar såsom livscykeln för ett bat-teri, vilket möjliggjorde en realistisk modelleringsprocedur gällande cyklisk och tidsan-passad degradering, laddning- och urladdningsbeteende, slutvillkor för användning och generella effektiviteter. Modellen modellerades sedan kvantitativt i Stella Architect och i Microsoft Excel för att få fram finansiella indikatorer vilka gav en rekommendation om en investering skulle göras eller ej.Resultaten visade sämre ekonomiska resultat för litium-jonbatteri kombinerat med ett solkraftverk jämfört med endast ett solkraftverk för sig själv, detta även om både ar-bitrage och lagring av överskottselektricitet används för att öka intäkterna kombinerat med en liten anslutning till det nationella nätet. Utöver detta visar det sig att ett batte-risystem som endast används för arbitragehandel är långt ifrån lönsamt för sig själv, och detta lär inte ändras under den närmaste tiden, i alla fall inte på en marknad som den nederländska. Anledningarna till detta är alltför höga investeringskostnader kombinerat med relativt höga avgifter för att ens få handla på den nederländska elmarknaden, EPEK Spot NL. För att nå lika resultat för ett solkraftverk med eller utan batterisystem krävs det, i det bästa fallet, en minskad investeringskostnad på 20-25%. Det ska dock nämnas att det krävs en mindre nätanslutning om ett batterisystem används, vilket är anled-ningen till att de finansiella resultaten är relativt lika, utan detta skulle alla system med batteripaket ge betydligt sämre värde. När uträkningar gjordes på batterisystem som endast används för arbitragehandel gav dem negativa ekonomiska resultat i samtliga fall, oberoende av batteristorlek. Det är dock viktigt att notera att modellen som skapades för denna uppsats är enkel att använda i framtiden. När parametrar ändras är det simpelt att justera modellen för att undersöka precis samma fall i framtiden.

Place, publisher, year, edition, pages
2018. , p. 84
Series
TRITA-ITM-EX ; 2018:79
Keywords [en]
ESS, BMS, PV, grid applications, energy market, the Netherlands, centralized batteries, battery technologies, battery storage, li-ion
National Category
Energy Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-232667OAI: oai:DiVA.org:kth-232667DiVA, id: diva2:1235819
External cooperation
EAM Solar ASA
Supervisors
Examiners
Available from: 2018-07-27 Created: 2018-07-27 Last updated: 2018-07-27Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(2554 kB)18 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 2554 kBChecksum SHA-512
b68545c918ff5d3e292a6cbcd2e7a4e634c46849d27fb239ba911dde2b3ba3986d455e7a4962e7aea1ea5cc2150f38965a0e31451e08dd34a1196b6e09914fc7
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Energy Technology
Energy Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 18 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 26 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf