aalto1 untyped-item.component.html
Techno-economic analysis of a multi-storage system for electric vehicle chargers considering a battery, superca-pacitor, and kinetic flywheel.
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu |
Master's thesis
Electronic archive copy is available via Aalto Thesis Database.
Authors
Date
Department
Major/Subject
Mcode
Degree programme
Language
en
Pages
63+3
Series
Abstract
Energy storage is an important element in today’s energy systems. One of its functions is to decrease the grid dependency and provide grid stability. These aspects are gaining on importance as there are more places with grid congestion problems. Such issues lead to blocking investments in new energy-consuming or energy-producing systems. The aim of this study is to analyse different configurations of storage systems for the case of high-power electric bus chargers considered to be placed in Amsterdam city. A secondary aim is to see if the chosen configurations can effectively assist the chargers in stabilizing the power consumption from the grid by peak shaving and decreasing the contracted power consumption from the grid.
A choice of potential storage technologies was performed based on the literature research and interviews with the professionals from academia and industry. Based on this, two technologies were chosen for the final analysis – li-ion batteries and flywheels. The cases investigated were considering a battery only and a hybrid case where both technologies were combined in an optimal way. The simulations were performed in Python language, based on the bus charging schedule and assumptions for the work of the battery and flywheel.
The results have shown that energy storage decreases significantly the required contracted power. The most important change was observed between 1200 and 1250 kW power cap, as in this case the minimum required size of the battery dropped from 1000 to 600 kWh. This strongly influences the investment cost of the project. The battery size reduction by 50-250 kWh was observed in a hybrid solution with a flywheel. For the optimistic scenario cost-wise, hybrid configurations are more economically feasible for lower power caps, i.e. 1100 and 1200 kW. For higher power limits, beginning from 1250 kW, investment cost in the battery only is more financially optimal compared to the hybrid case.
This study recommends that before optimizing the storage system for the bus chargers, the charging schedule needs to be carefully planned, so that the number of power peaks is reduced. Additionally, for better economic output, it is recommended that additional storage services are more carefully investigated, like participation in frequency containment reserve or imbalance market trading.
Energian varastointi on tärkeä osa nykyajan energiajärjestelmiä. Yksi sen tehtävistä on vähentää verkkoriippuvuutta ja tarjota verkon vakautta. Näiden näkökohtien merkitys kasvaa, kun verkon ruuhka-ongelmia on yhä enemmän. Tällaiset ongelmat johtavat investointien estymiseen uusiin energiaa kuluttaviin tai energiaa tuottaviin järjestelmiin. Tämän tutkimuksen tavoitteena on analysoida erilaisia tallennusjärjestelmien kokoonpanoja Amsterdamin kaupunkiin sijoitettavien suuritehoisten sähköisten väylälaturien tapauksessa. Toissijaisena tavoitteena on nähdä, voivatko valitut konfiguraatiot tehokkaasti auttaa latureita vakauttamaan verkon virrankulutusta huippukuormituksen avulla ja vähentämään sovittua virrankulutusta verkosta.
Potentiaalisten säilytystekniikoiden valinta tehtiin kirjallisuustutkimuksen ja korkeakoulujen ja teollisuuden ammattilaisten haastattelujen perusteella. Tämän perusteella loppuanalyysiin valittiin kaksi teknologiaa – litiumioniakut ja vauhtipyörät. Tutkitut tapaukset koskivat vain akkua ja hybriditapausta, joissa molemmat tekniikat yhdistettiin optimaalisella tavalla. Simulaatiot suoritettiin Python-kielellä linja-auton latausaikataulun sekä akun ja vauhtipyörän toimintaa koskevien oletusten perusteella.
Tulokset ovat osoittaneet, että energian varastointi vähentää merkittävästi tarvittavaa sopimustehoa. Merkittävin muutos havaittiin 1200 ja 1250 kW:n tehokaton välillä, sillä tässä tapauksessa akun vähimmäiskoko putosi 1000:sta 600 kWh:iin. Tämä vaikuttaa voimakkaasti hankkeen investointikustannuksiin. Vauhtipyörällä varustetussa hybridiratkaisussa havaittiin akun koon pieneneminen 50-250 kWh:lla. Optimistisessa skenaariossa kustannusten kannalta hybridikokoonpanot ovat taloudellisesti kannattavampia pienemmillä tehokattoilla, eli 1100 ja 1200 kW. Korkeammilla tehorajoilla, alkaen 1250 kW:sta, investointikustannukset pelkkään akkuun ovat taloudellisesti optimaaliset verrattuna hybridikoteloon.
Tässä tutkimuksessa suositellaan, että ennen väylälaturien tallennusjärjestelmän optimointia latausaikataulu tulee suunnitella huolellisesti, jotta tehohuippujen määrä vähenee. Lisäksi paremman taloudellisen tuloksen saavuttamiseksi on suositeltavaa, että lisätallennuspalveluita, kuten osallistumista taajuudenrajoitusreserviin tai epätasapainomarkkinakauppaan, tutkitaan tarkemmin.