The present profitability of grid-scale lithium-ion batteries in Finland and future prospects
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2018-08-20
Department
Major/Subject
Mcode
ENG21
Degree programme
Master's Programme in Energy Technology (EEN)
Language
en
Pages
90
Series
Abstract
This thesis studies the present profitability of grid-scale lithium-ion batteries in Finland combined with their future prospects in the market. The future outlook is limited to 2030. The thesis is based on a lithium-ion electrical energy storage technology literature review which estimates the installed system costs, cycle life, calendar life, round-trip efficiency as well as operation, maintenance and administrative costs. The details of the review are combined with the data on the Finnish electricity market, provided by Fingrid and Nord Pool AS. The profitability is estimated in the day-ahead market, the intraday market and the reserve markets. The frequency containment reserve for normal operation is found to be the most attractive marketplace due to the highest revenue potential and the technical suitability. Hence, the levelized cost of storage method is used to estimate the profitability in the day-ahead and intraday market and the net present value to estimate the profitability in the frequency containment reserve. The profitability is calculated after reviewing information about the distribution costs, taxation and cost of capital. The investment is found to be highly unprofitable. Sensitivity analyses reveal, however, that the investment is significantly sensitive to the installed system cost and to the cycle life. The prices of the lithium-ion batteries are expected to decrease in the near future. Also, the technical performance characteristics, for example cycle life, are expected to improve. In addition to these, the electricity market conditions are going through favorable changes, including the increasing amount of inflexible and intermittent power sources, such as wind power, and the decreasing grid inertia. The rules will also become more demanding in the frequency containment reserve for normal operation. On the contrary, the demand response is expected to worsen the already-poor energy arbitrage capability of the lithium-ion batteries. However, the demand response was found not to be a competitor of the lithium-ion batteries in the frequency containment. Thus, it is predicted that the lithium electricity storage will not be widely used in the energy arbitrage applications but might become an important part of the frequency containment in Finland by 2030.Tässä diplomityössä selvitetään verkkoon kytkettävien, suuren kokoluokan litiumionivarastojen kannattavuutta Suomessa tällä hetkellä. Lisäksi tarkastellaan teknologian tulevaisuudennäkymiä Suomessa 2030 saakka. Työ pohjautuu litiumionitekniikan kirjallisuuskatsaukseen, jossa selvitetään yleisimpien litiumionitekniikoiden investointikustannus, syklinen elinikä, kalenterielinikä, hyötysuhde, purkaussyvyys sekä käyttö- ja kunnossapitokustannukset. Katsauksen tiedot yhdistetään Fingridin ja Nordpoolin dataan Suomen ja Pohjoismaiden sähkömarkkinoista Kannattavuus arvioidaan vuorokausimarkkinoilla, päivänsisäisillä markkinoilla ja reservimarkkinoilla. Markkinapaikoista taajuusohjattu käyttöreservi todetaan houkuttelevimmaksi korkeimman liikevaihtopotentiaalin ja teknisten vaatimusten takia. Siksi kannattavuutta ja sen herkkyyttä arvioidaan painotetun varastointikustannuksen avulla vuorokausimarkkinoilla ja päivänsisäisillä markkinoilla sekä nettonykyarvon menetelmällä taajuusohjatussa käyttöreservissä. Yhdistämällä tiedot sähkön siirtohinnoista, verotuksesta ja pääoman kustannuksesta havaitaan, että varastoinvestointi ei ole kannattava. Herkkyystarkastelun perusteella todetaan kuitenkin, että esimerkiksi investointikustannus ja syklinen elinikä vaikuttavat huomattavasti varaston kannattavuuteen. Litiumioniakkujen hintojen ennustetaan putoavan lähitulevaisuudessa. Toisaalta joidenkin teknisten ominaisuuksien – esimerkiksi syklisen eliniän – odotetaan parantuvan. Myös todennäköiset markkinamuutokset hyödyttävät litiumioniakkuja. Lisäksi joustamattoman ja vaihtelevan tuotannon ennustetaan lisääntyvän, mihin vaikuttaa esimerkiksi tuulivoiman lisääntyminen, ja järjestelmän inertian odotetaan pienentyvän. Samalla taajuusohjatun käyttöreservin sääntöjä tullaan tiukentamaan. Toisaalta kysynnän jouston havaitaan huonontavan litiumioniakkujen mahdollisuutta energia-arbitraasiin, mutta kysynnän joustoa ei havaita litiumvarastojen merkittäväksi kilpailijaksi taajuudensäädössä. Siten litiumionivarastoiden ei odoteta yleistyvän energia-arbitraasisovelluksissa, mutta taajuudensäädössä niistä saattaa tulla oleellinen osa seuraavan vuosikymmenen loppuun mennessä.Description
Supervisor
Syri, SannaThesis advisor
Joensuu, KaroliinaKeywords
lithium-ion, battery, electrical energy storage, profitability