Masoume Shabani försvarar sin doktorsavhandling
Masoume Shabani försvarar sin doktorsavhandling i energi- och miljöteknik fredagen den 12 januari klockan 09:15 i sal Lambda (Västerås).
Titel: Techno-economic viability of battery storage for residential application
Utsedd opponent är professor Daniel Brandell, Uppsala universitet.
Betygsnämnden består av docent Daniel-Ioan Stroe, Aalborg University, Danmark, professor Lars Eriksson, Linköpings universitet, och professor Louise Ödlund, Linköpings universitet.
Reserv är professor Thomas Nolte, Mälardalens universitet.
Avhandlingen har nummer: 398.
Sammanfattning
Batterilagring har vuxit fram som ett av de mest använda lagringsalternativen på grund av dess flexibla funktionalitet i olika energisystem. Det finns dock utmaningar när det gäller genomförbarheten av att implementera batterier i praktiska stationära tillämpningar. Utöver faktorer som den initiala investeringen och driftskostnaderna, har hur batterier används och hanteras en betydande inverkan på deras totala lönsamhet vid användning. En effektiv batterihanteringsstrategi är avgörande för att fatta logiska beslut om effektiv kontroll, underhåll och drift för att maximera hållbar lönsamhet.
Denna doktorsavhandling syftar till att bredda kunskapen om genomförbarheten av att integrera batterier i nätanslutna bostadsapplikationer, med hänsyn till faktorer som påverkar de tekniska, operativa och ekonomiska aspekterna i praktiska tillämpningar. I denna avhandling föreslås olika batterimodelleringsscenarier för batteridriftshantering, med fokus på batteriprestanda, försämring, laddningstillstånd, hälsotillstånd, såväl som energikontrollstrategier. De viktigaste resultaten visar att man inte skall förbise eller förenkla antaganden om flera kritiska aspekter av batteribeteende. I annat fall kan få olämpliga batterihanteringssystem som kan resultera i missriktade och suboptimala beslut angående operativ effektivitet, livslängd och teknisk-ekonomisk bedömning som i hög grad beror på driftsförhållanden.
Till exempel har det visat sig att för en batterikapacitet på 10,2 kWh, att försumma degradering eller anta linjär degradering resulterar i felaktig bedömning med cirka 16,2 % lägre (optimistisk) och 38,8 % högre (pessimistisk) livscykelkostnad än då man använder en mer realistisk modell. För att bedöma vikten av att implementera batteridriftskontrollstrategier för livslängdsförlängning och lönsamhet för batteriet i stationära applikationer, utvärderas ett brett utbud av SOC-driftfönster, såväl som olika nivåer av laddnings-/urladdningshastigheter. Det har visat sig att inställning av den tillåtna laddningsnivån från 90 % till 60 % och inställning av de tillåtna urladdningsnivåerna från 40 % till 10 %, ökar batteriets livslängd från 10,2 år till 14 år, vilket leder till 31,6 % förbättring av nettonuvärdet.
Dessutom observeras att snabbare laddning potentiellt kan öka intäkterna men också minska livslängden. Omvänt kan långsammare laddning resultera i minskad intäktsgenerering men också förlänga livslängden, vilket understryker behovet av en strategi som möjliggör dynamiska effektjusteringar för att hitta rätt balans mellan livstidsförlängning och intäktsoptimering. Dessutom är utvecklingen av en smart och optimeringsbaserad driftsplaneringsstrategi, som kan fatta intelligenta beslut för laddnings- och urladdningsåtgärder, en annan avgörande aspekt för att uppnå optimal batterianvändning för att maximera hållbar lönsamhet. Två schemaläggningsstrategier för en dag i förväg för att maximera batterilönsamheten genom att faktorisera intäktsvinster, driftsberoende försämrings kostnader, livslängd, elpriser i realtid samt deras sammankopplade effekter föreslås. Varje scenario använder sig av unika metoder för att fatta optimala beslut för optimalt batteriutnyttjande. Driftsschemaläggningsstrategierna som anger en snabb laddnings-/urladdningshastighet och enbart prioriterar generering av intäkter utan att ''optimera'' batteridriftens långsiktiga inverkan på lönsamheten, hämmar strategins flexibilitet att justera nyckelparametrar, vilket leder till resultat som uppfattas positivt ur vissa ekonomiska perspektiv, men de ansågs ogynnsamma när de utvärderades med andra ekonomiska mått.
Resultaten visade till exempel att start med förmåga till långsam laddning visade den mest effektiva driftschemaläggningen när det gäller att förlänga batteriets livslängd, beräknad till 14,8 år. Det var dock det sämsta scenariot när det gäller kortsiktig lönsamhet, vilket resulterade i negativ vinst med en genomsnittlig årlig lönsamhet per installerad energi på 3€/kWh/år. Å andra sidan resulterade strategier för snabb och måttlig laddningsförmåga i positiv vinst 8,3 €/kWh/år och 9,2 €/kWh/år, trots att de har kortare batterilivslängder, uppskattade till 10,1 år respektive 13,6 år. Dessutom, trots att den har en längre livslängd och vinst, är återbetalningsperioden för strategi med måttlig laddningshastighet cirka 1,5 år längre än snabbladdningsstart, vilket kan göra det mindre attraktivt för investerare som prioriterar snabbare avkastning på sin investering. Däremot uppnår strategin som uppnår optimal balans mellan intäktsvinst och försämrings kostnader för dagliga laddnings- och urladdningsåtgärder imponerande vinst (18 €/kWh/år) och kortaste återbetalningsperiod (7,5 år), vilket gör det till ett ekonomiskt lönsamt och genomförbart alternativ. Trots detta upprätthåller den en bra livslängd (12,5 år), främjar hållbarhet över en längre period jämfört med intäktsfokuserade scenarier.
Resultaten erbjuder värdefulla insikter för beslutsfattare, vilket möjliggör välgrundade strategiska val och effektiva lösningar. Resultaten understryker den avgörande vikten av att hitta en optimal balans mellan kostnad för batteriförsämring och generering av intäkter genom noggrann optimering av nyckelfaktorer som antal dagliga cykler, hastigheter, varaktigheter och scheman för laddning och urladdning. Dessa faktorer spelar en avgörande roll för att påverka både intäktsgenerering och batteriförsämring. Dessa resultat understryker att övervägande av flera ekonomiska mått i utvärdering av batterilivsduglighet spelar en avgörande roll för att göra det möjligt för beslutsfattare och investerare att heltäckande bedöma den ekonomiska genomförbarheten av ett projekt och få ett bredare perspektiv på dess lönsamhet.