Advanced

Possibilities for battery storage in a rapidly changing energy system – How will power tariffs affect profitability of residential battery storage?

Cardell, Jorunn LU and Öhman, Elin (2019) FMIM01 20191
Environmental and Energy Systems Studies
Abstract (Swedish)
Det svenska elnätet är i behov av stora investeringar och flexibilitetsåtgärder för att upprätthålla ökad efterfrågan på energi och effekt, samt ökad andel variabel förnybar elproduktion. Ett sådant tillvägagångssätt är det ökade införandet av effekttariffer för småkunder bland svenska nätoperatörer som syftar till att uppmuntra slutkonsumenter att utjämna last. Med batterilagring i hemmet kan konsumenter minska sitt nyttjande av effekt, maximera användning av egenproducerad solel, samt bidra till flexibilitetsåtgärder på lokal nivå. Syftet med examensarbetet är att fastställa möjligheter, hinder och lönsamhet för batterilagring i hemmet under nuvarande förhållanden 2018, samt 2030, med avseende på flexibilitet och effekttariffer. De... (More)
Det svenska elnätet är i behov av stora investeringar och flexibilitetsåtgärder för att upprätthålla ökad efterfrågan på energi och effekt, samt ökad andel variabel förnybar elproduktion. Ett sådant tillvägagångssätt är det ökade införandet av effekttariffer för småkunder bland svenska nätoperatörer som syftar till att uppmuntra slutkonsumenter att utjämna last. Med batterilagring i hemmet kan konsumenter minska sitt nyttjande av effekt, maximera användning av egenproducerad solel, samt bidra till flexibilitetsåtgärder på lokal nivå. Syftet med examensarbetet är att fastställa möjligheter, hinder och lönsamhet för batterilagring i hemmet under nuvarande förhållanden 2018, samt 2030, med avseende på flexibilitet och effekttariffer. De tillämpade metoderna triangulerar en inledande litteraturstudie, en kompletterande intervjustudie med några svenska nätoperatörer, en intresseorganisation i energibranschen och en representant för Miljö- och Energidepartementet, samt en teknoekonomisk fallstudie med fokus på batterilagring i kombination med solelproduktion och effekttariffer.

Resultat från litteratur- och intervjustudien visar att behovet av flexibilitet ökar med ökad efterfrågan av energi och effekt samt högre andel intermittent förnybar elproduktion. Mer dynamiska nätavgifter kan ge slutkonsumenter större incitament att bli mer aktiva gällande sin förbrukning, och bidra till lastförskjutning- och utjämning, samt att konsumenterna i högre grad betalar för den faktiska belastning de orsakar nätet. Föreslagna lagförändringar beträffande ökat batterilagringsstöd, fler möjliga stödmottagare och en tydligare definition i svensk lagstiftning av elektrisk energilagring kan påverka lönsamheten hos batterilagring i hemmet. Den teknoekonomiska fallstudien presenterar ekonomiska kostnader för det avsedda hushållet utan system, beräknat med nätavgifter för svenska nätoperatörer SEOM och Vattenfall Eldistribution, följt av möjliga ekonomiska besparingar som tillhandahålls av solcells- och batterisystemet. Diskonterade återbetalningsperioder bestäms för 2018 och 2030. För 2018 är diskonterade återbetalningsperioder för solcells- och batterisystemet höga, medan dessa minskat betydligt till 2030. Detta beror främst på uppskattade minskade framtida batteri- och solcellspriser, samt antagna ökade nätavgifter och ökad energiskatt på el.

Lagändringar gällande batterilagring behövs för att underlätta en större implementering av denna lagringsteknik i Sverige. En bredare introduktion av effekttariffer för småkunder bland svenska nätoperatörer kan få ekonomiska effekter för slutkonsumenter, beroende på kundens medvetenhet av sin effektförbrukning. Det kan ytterligare påverka efterfrågeflexibilitet bland konsumenter genom att ge ett ökat ekonomiskt incitament att flytta och utjämna last, vilket skulle kunna motivera en investering i batterilagring i hemmet. Fortsättningsvis har aggregatorer framtida potential att bidra till flexibilitet i elsystemet. Framtiden för batterilagring i hemmet anses därmed positiv tack vare fördelar såsom ökad flexibilitet samt möjligheten för slutkonsumenter att minska sina effektkostnader. (Less)
Popular Abstract
The Swedish grids are in need of large investments and flexibility measures in order to sustain increased power and energy demand and increased penetration of intermittent renewable electricity production. One such measure is the larger introduction of power tariffs among Swedish network operators for their small customer segment, intended to incentivize end consumers to level out load. With residential battery storage, consumers can reduce their demand charge, maximize use of self-produced PV electricity, as well as contribute to flexibility measures on a local scale. The purpose of the thesis is to determine possibilities, barriers and profitability of residential battery storage under current conditions 2018 and in 2030, with regards to... (More)
The Swedish grids are in need of large investments and flexibility measures in order to sustain increased power and energy demand and increased penetration of intermittent renewable electricity production. One such measure is the larger introduction of power tariffs among Swedish network operators for their small customer segment, intended to incentivize end consumers to level out load. With residential battery storage, consumers can reduce their demand charge, maximize use of self-produced PV electricity, as well as contribute to flexibility measures on a local scale. The purpose of the thesis is to determine possibilities, barriers and profitability of residential battery storage under current conditions 2018 and in 2030, with regards to flexibility measures and power tariffs. The applied methods triangulate an initial literature study with a complementary interview study with a few Swedish network operators, one interest organisation and a representative for the Ministry of Environment and Energy, along with a technoeconomic case study on battery storage in combination with PV production as well as power tariffs.

Results from the interview and literature study show that the need for flexibility increases with increased power demand and larger penetration of variable renewable electricity production. More dynamic grid tariff structures could provide consumers with a larger incentive to become active customers and contribute to load shifting and levelling, as well as further entail that consumers to a higher degree pay for the actual strain they apply on the grid. Regulatory changes regarding increased battery storage subsidy, more possible beneficiaries and a clearer definition in the Swedish Law of Electricity regarding battery storage could positively impact the profitability of residential battery storage. The technoeconomic case study presents economic costs for the considered household without system, calculated with regards to grid fees of Swedish grid operators SEOM and Vattenfall Distribution, followed by potential economic savings provided by the considered PV and battery system. Discounted payback periods are determined for 2018 and 2030. For the 2018 case, discounted payback periods for the considered PV and battery system are high, while for the estimated case of 2030, payback periods have significantly decreased. This is mainly due to assumed decreasing prices of battery storage and PV, and increased energy tax on electricity and grid fees in 2030.

Regulatory measures regarding battery storage are needed in order to facilitate a larger implementation of this storage technology in Sweden. It is concluded that a larger introduction of power tariffs among Swedish network operators could have an economic effect on residential consumers, depending on the level of customer activity. It could further impact demand flexibility among consumers by providing an increased economic incentive to shift and level out load, thus motivating an investment in residential battery storage. Moreover, aggregators have a future potential of contributing to flexibility measures in the electricity system. Conclusively, the future of residential battery storage is considered positive due to benefits relating to flexibility measures as well as the possibility of lowered demand charges for residential consumers. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
Cardell, Jorunn LU and Öhman, Elin
supervisor
organization
alternative title
Möjligheter för batterilagring i ett snabbt föränderligt energisystem – Hur kan effekttariffer påverka lönsamheten för batterilagring i hemmet?
course
FMIM01 20191
year
type
H3 - Professional qualifications (4 Years - )
subject
keywords
Residential battery storage, power tariff, flexibility, electrical grid, aggregator, power and capacity shortage
report number
LUTFD2/TFEM—19/5144—SE + (1-106)
ISSN
1102-3651
language
English
id
8987313
date added to LUP
2019-06-28 10:23:10
date last changed
2019-06-28 10:23:10
@misc{8987313,
  abstract     = {Det svenska elnätet är i behov av stora investeringar och flexibilitetsåtgärder för att upprätthålla ökad efterfrågan på energi och effekt, samt ökad andel variabel förnybar elproduktion. Ett sådant tillvägagångssätt är det ökade införandet av effekttariffer för småkunder bland svenska nätoperatörer som syftar till att uppmuntra slutkonsumenter att utjämna last. Med batterilagring i hemmet kan konsumenter minska sitt nyttjande av effekt, maximera användning av egenproducerad solel, samt bidra till flexibilitetsåtgärder på lokal nivå. Syftet med examensarbetet är att fastställa möjligheter, hinder och lönsamhet för batterilagring i hemmet under nuvarande förhållanden 2018, samt 2030, med avseende på flexibilitet och effekttariffer. De tillämpade metoderna triangulerar en inledande litteraturstudie, en kompletterande intervjustudie med några svenska nätoperatörer, en intresseorganisation i energibranschen och en representant för Miljö- och Energidepartementet, samt en teknoekonomisk fallstudie med fokus på batterilagring i kombination med solelproduktion och effekttariffer. 

Resultat från litteratur- och intervjustudien visar att behovet av flexibilitet ökar med ökad efterfrågan av energi och effekt samt högre andel intermittent förnybar elproduktion. Mer dynamiska nätavgifter kan ge slutkonsumenter större incitament att bli mer aktiva gällande sin förbrukning, och bidra till lastförskjutning- och utjämning, samt att konsumenterna i högre grad betalar för den faktiska belastning de orsakar nätet. Föreslagna lagförändringar beträffande ökat batterilagringsstöd, fler möjliga stödmottagare och en tydligare definition i svensk lagstiftning av elektrisk energilagring kan påverka lönsamheten hos batterilagring i hemmet. Den teknoekonomiska fallstudien presenterar ekonomiska kostnader för det avsedda hushållet utan system, beräknat med nätavgifter för svenska nätoperatörer SEOM och Vattenfall Eldistribution, följt av möjliga ekonomiska besparingar som tillhandahålls av solcells- och batterisystemet. Diskonterade återbetalningsperioder bestäms för 2018 och 2030. För 2018 är diskonterade återbetalningsperioder för solcells- och batterisystemet höga, medan dessa minskat betydligt till 2030. Detta beror främst på uppskattade minskade framtida batteri- och solcellspriser, samt antagna ökade nätavgifter och ökad energiskatt på el. 

Lagändringar gällande batterilagring behövs för att underlätta en större implementering av denna lagringsteknik i Sverige. En bredare introduktion av effekttariffer för småkunder bland svenska nätoperatörer kan få ekonomiska effekter för slutkonsumenter, beroende på kundens medvetenhet av sin effektförbrukning. Det kan ytterligare påverka efterfrågeflexibilitet bland konsumenter genom att ge ett ökat ekonomiskt incitament att flytta och utjämna last, vilket skulle kunna motivera en investering i batterilagring i hemmet. Fortsättningsvis har aggregatorer framtida potential att bidra till flexibilitet i elsystemet. Framtiden för batterilagring i hemmet anses därmed positiv tack vare fördelar såsom ökad flexibilitet samt möjligheten för slutkonsumenter att minska sina effektkostnader.},
  author       = {Cardell, Jorunn and Öhman, Elin},
  issn         = {1102-3651},
  keyword      = {Residential battery storage,power tariff,flexibility,electrical grid,aggregator,power and capacity shortage},
  language     = {eng},
  note         = {Student Paper},
  title        = {Possibilities for battery storage in a rapidly changing energy system – How will power tariffs affect profitability of residential battery storage?},
  year         = {2019},
}