Designing an optimal peak load shaving algorithm for BESS-assisted EV-charging station

Thumbnail Image

Files

master_Iivanainen_Atso_2026.pdf (2.08 MB)

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

School of Science | 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

2025-12-20

Department

Major/Subject

Advanced Energy Technologies

Mcode

Degree programme

Master's Programme in Engineering Physics
Master's Programme in Engineering Physics
Master's Programme in Engineering Physics

Language

en

Pages

63

Series

Abstract

The number of electric vehicles (EVs) is increasing yearly in the Nordic traffic putting forward a significant infrastructural change, a comprehensive nationwide implementation of EV-charging. Simultaneously, increasing amount of weather dependent renewable electricity generation is giving rise to a change in power infrastructure, creating demand for flexible power capacity through demand side management schemes, such as peak power consumption tariffs and electricity reserve markets. For a service station provider, these concurrent transitions bring about opportunities. Implementing EV-charging capability coupled with a battery energy storage system (BESS) allows electricity sales for EV-owners while enabling flexible consumption of grid electricity. At the moment, peak consumption tariff is one of the most significant operating expenses for an EV-charging station, and thus its minimization is essential. The peak consumption tariff is directly related to the peak power consumption, which can be decreased with a BESS. The general idea of peak shaving with a BESS is to charge from the grid during low consumption hours and discharge towards the EV-charger during high consumption hours. In this thesis, three peak shaving algorithms will be formulated for an EV-charging station coupled with a BESS. These algorithms are validated in simulations on a digital twin of a charging station, which is created using real EV-charging data from St1. The simulations show an average peak power reduction of 47% in Sweden and 39% in Finland compared to the baseline strategy without BESS. Finally, a profitability calculation is conducted, showing that the most profitable number of 200 kWh BESS modules at busy stations is two, in both Sweden and Finland.

Sähköautojen kasvava määrä pohjoismaisessa liikenteessä luo painetta sähkölatausasemainfrastruktuurin nopealle kehittymiselle. Toimiva kokonaisuus edellyttää rakennusten ja parkkipaikkojen yhteyteen sijoitettujen latausasemien lisäksi koko maan kattavaa sähköautolatausasemaverkostoa. Samanaikaisesti tuuli- ja aurinkovoiman vauhdikas lisääntyminen tekee sähköjärjestelmästä yhä enemmän sääriippuvaisen, mikä luo kysyntää kulutusjoustolle. Tärkeimpiä verkkoyhtiöiden kulutusjoustomekanismeja ovat pörssisähkön lisäksi sähkön tehomaksut ja reservimarkkinat. Huoltoasemille tieliikenteen ja sähköjärjestelmän samanaikainen muutos luo mahdollisuuksia. Akkujärjestelmän asentaminen sähköautolatausjärjestelmän yhteyteen mahdollistaa autolatauspalveluiden myynnin lisäksi verkkosähkön joustavan kulutuksen. Koska tehomaksu on tällä hetkellä yksi suurimmista sähköautolatausaseman juoksevista kustannuksista, sen minimointi on tärkeää. Tehomaksu on suoraan verrannollinen kuukauden korkeimpiin kulutuspiikkeihin, joita akkujärjestelmällä voi tasoittaa. Tässä diplomityössä kehitetään akkujärjestelmäavusteiselle sähköautolatausasemalle kolme tasoitusalgoritmia, joiden toiminta testataan St1:n latausdataan perustuvalla digitaalisella kaksosella. Paras algoritmi onnistuu pienentämään maksimitehoa Ruotsissa keskimäärin 47% ja Suomessa 39% , kun vertailukohtana toimii akuton sähköautolatausasema. Lopuksi määritetään, että taloudellisen kannattavuuden näkökulmasta optimaalinen määrä 200 kWh -akkumoduuleja latausasemalla on kaksi, sekä Suomessa että Ruotsissa.

Description

Supervisor

Lehtonen, Matti

Thesis advisor

Kiviluoma, Jaakko

Keywords

BESS, peak shaving, EV-charging, battery optimization, Algorithm, energy transition

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-202601211826

Collections

[dipl] Perustieteiden korkeakoulu / SCI