Profiting from the reserve market by coupling electric vehicle charging station with battery energy storage: Techno-economic scenario modelling between 2025 and 2045

Thumbnail Image

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

School of Science | Master's thesis

Authors

Date

2025-09-25

Department

Major/Subject

Strategy

Mcode

Degree programme

Master's Programme in Industrial Engineering and Management

Language

en

Pages

99

Series

Abstract

The increase in renewable energy sources has rapidly transformed the Finnish electricity system. The weather-dependent power generation causes price fluctuations to reach the balance between electricity production and consumption. The recent fluctuations in electricity prices have made it more demanding for electric vehicle (EV) Charge Point Operators (CPOs) to assess their future profitability. One approach to deal with this is to invest in Battery Energy Storage System (BESS) to recharge the BESS during hours with lower electricity prices. However, the difference between low and high electricity prices only rarely covers the BESS investment costs, thus the provision of ancillary services is often required. This thesis investigates whether the CPO should focus solely on EV charging station operations or also invest either in standalone BESS or co-located BESS with existing EV charging station for reserve market participation. First, this thesis establishes financial calculation models to assess the profitability of these three strategic options based on the price and demand data from 2024 and 2025. After that, the scenario modelling and sensitivity analysis will be conducted based on the most probable market developments for 2035 and 2045 to evaluate how long-term profitability of these strategic options is affected. This study is conducted using the Design Science Research (DSR) methodology to integrate the case company’s business needs with existing literature to assure validity of the results. The results indicate that all three strategic options are profitable based on the price and demand data from 2024–2025 as their net present values are positive and payback periods are less than 10 years. However, given the uncertainty of future market developments, the study recommends joint investment in both EV charging station and BESS to decrease the influence of fluctuations in electricity prices and demand. In terms of academic contribution, this thesis advances the existing literature in two ways. First, it develops a reserve market participation model that operates without relying on advanced optimization methods. Second, it contributes to electricity market scenario modelling, which is an area that has been largely unexplored in existing research.

Uusiutuvien energialähteiden lisääntyminen on nopeasti muuttanut Suomen sähköjärjestelmää. Sääriippuvainen sähköntuotanto aiheuttaa hintavaihteluita sähköntuotannon ja -kulutuksen tasapainottamiseksi. Viimeaikaiset sähkön hinnanvaihtelut ovat tehneet sähköajoneuvojen (EV) latauspisteoperaattoreiden (CPO) tulevaisuuden kannattavuuden arvioinnista entistä vaativampaa. Yksi ratkaisu tähän on investoida akkuenergiavarastoon (BESS), jota voidaan ladata tunteina, jolloin sähkön hinta on alhaisempi. Alhaisen ja korkean sähkön hinnan välinen ero ei kuitenkaan useimmiten kata BESS-investoinnin kustannuksia, joten sähköverkon tukipalveluiden tarjoaminen on usein tarpeen. Tämä opinnäytetyö tutkii, tulisiko latauspisteoperaattoreiden keskittyä pelkästään latausliiketoimintaan vai investoida erilliseen BESS-järjestelmään tai yhdistää se olemassa olevaan latausasemaan sähkön reservimarkkinoille osallistumista varten. Ensimmäisessä vaiheessa luodaan taloudelliset laskentamallit, joiden avulla arvioidaan näiden kolmen strategisen vaihtoehdon kannattavuutta vuosien 2024 ja 2025 hinta- ja kysyntädatan perusteella. Tämän jälkeen suoritetaan skenaariomallinnus ja herkkyysanalyysi todennäköisimpien markkinakehitysten pohjalta vuosille 2035 ja 2045, jotta voidaan arvioida, miten strategisten vaihtoehtojen pitkänaikavälin kannattavuus kehittyy. Tutkimus perustuu Design Science Research (DSR) -metodologiaan, jonka avulla yhdistetään kohdeyrityksen liiketoiminalliset tarpeet ja olemassa oleva kirjallisuus tulosten luotettavuuden varmistamiseksi. Tulokset osoittavat, että kaikki kolme strategista vaihtoehtoa ovat kannattavia aikavälin 2024–2025 hinta- ja kysyntädatan perusteella, sillä niiden nettonykyarvot ovat positiivisia ja takaisinmaksuajat alle 10 vuotta. Tulevien markkinakehitysten epävarmuuden vuoksi tutkimus kuitenkin suosittelee yhteisinvestointia sekä sähköajoneuvojen latausasemaan että akkuenergiavarastoon, jotta sähkön hintaan ja kysyntään liittyviä epävarmuuksia voidaan vähentää. Akateemisen kontribuution osalta tämä opinnäytetyö edistää olemassa olevaa kirjallisuutta kahdella tavalla. Ensinnäkin se kehittää mallin reservimarkkinoille osallistumiseen, joka ei perustu kehittyneisiin optimointimenetelmiin. Toiseksi se edistää sähkömarkkinoiden skenaariomallinnusta, joka on jäänyt olemassa olevassa tutkimuksessa suurelta osin tarkastelematta.

Description

Supervisor

Karhu, Kimmo

Thesis advisor

Ekman, Jani

Keywords

electric vehicle, battery energy storage system, fast charging station, techno-economic analysis, scenario modelling, strategic decision-making

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-202510238552

Collections

[dipl] Perustieteiden korkeakoulu / SCI