Review of business models for bidirectional charging of electric vehicles in Finland

No Thumbnail Available

Files

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Insinööritieteiden korkeakoulu | Bachelor's thesis
Electronic archive copy is available locally at the Harald Herlin Learning Centre. The staff of Aalto University has access to the electronic bachelor's theses by logging into Aaltodoc with their personal Aalto user ID. Read more about the availability of the bachelor's theses.
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

2024-04-21

Department

Major/Subject

Energia- ja konetekniikka

Mcode

ENG4000

Degree programme

Insinööritieteiden kandidaattiohjelma

Language

en

Pages

29

Series

Abstract

In the past few years, the number of electric vehicles has grown significantly. They already offer lower operating costs compared to an internal combustion powered but the emergence of bidirectional charging can generate extra value for the owner. As the share of intermittent renewable energy sources is growing the power system is more weather dependant, which can lead to an increase in electricity price volatility. Optimized charging of EVs in general can be used to reduce the effect of price variation by offsetting the consumption to offpeak times. Bidirectional charging takes the role of EV charging in the power system one step further, offering two main business models. Firstly, it can allow the vehicle owner to optimize use of own generation e.g. solar power. Secondly, it can allow the owner to participate in the electricity market, by purchasing lowcost electricity at off peak times and selling to the market at peak times, thus profiting through price arbitrage; participation in other grid services is also a possibility. The aim of this bachelor’s thesis was to review the current state of the technology and market in Finland and estimate the profits that could be generated. This review was conducted as a literature review on the bidirectional charging systems, bidirectional charging business models and as a financial analysis with a focus on residential applications. This thesis investigates both of the two mentioned business models for household use of bidirectional charging i.e. behind the meter optimization and participation in power markets. There are currently only a few car models that support bidirectional charging, and the availability of compatible commercial charging stations is almost non-existent. A model for calculating the savings from behind the meter optimization was developed, which estimated a profit of 250 €/year. Financial analysis for market participation resulted in profit of 908 €/year.

Viime vuosina uusiutuvan energian osuus sähköntuotannossa on kasvanut merkittävästi, mikä lisää sähkön hinnanvaihtelua säästä riippuvaisen tuotannon takia. Samaan aikaan sähköautot ovat yleistyneet Suomen teillä. Ne ovat matalampien käyttökustannustensa takia houkutteleva vaihtoehto perinteisen polttomoottoriauton sijaan. Sähköauton kaksisuuntaista latausta voitaisiin käyttää vähentämään tätä sähkön hinnanvaihtelun vaikutusta ohjaamalla kulutuksen pois kalliilta ajanjaksoilta halvemmille. Sähköauto siis toimisi kulkuvälineen lisäksi toissijaisesti väliaikaisena energiavarastona. Kulutuksen ohjaamisen lisäksi kaksisuuntainen lataaminen mahdollistaa kyvyn tarjota erilaisia liitännäispalveluita kuten taajuussäätöä ja loistehon kompensointia. Tämän kandidaatintyön tavoitteena oli tutkia kaksisuuntaisen latauksen teknologian nykytilaa sekä arvioida mahdollisia tuottoja, joita kuluttaja voisi saavuttaa teknologian avulla Suomessa. Tutkimuksessa tutustuttiin olemassa olevaan teknologiaan, kirjallisuudesta löytyviin liiketoimintamalleihin, teknologian haasteisiin Suomessa ja selvitettiin lyhyesti markkinoilla olevia järjestelmiä. Esiteltyjen liiketoimintamallien tuottoja arvioitiin yksinkertaisessa taloudellisessa selvi-tyksessä. Aikaisempien tutkimusartikkelien perusteella kaksisuuntaisen latauksen liiketoimintamallit ja-otellaan kahteen päätyyppiin. Ensimmäinen päätyyppi on sähkön käytön optimointi (engl. behind the meter optimization), jossa sähkön kulutusta siirretään kalliilta tunneilta halvemmille. Käytännössä tämä tarkoittaa sähköauton lataamista yöllä halvemmalla sähköllä ja kuluttamalla varastoitua energiaa illan aikana, kun sähkön hinta on kalliimpi. Sähkön käytön optimointiin kuuluu myös mahdollisen oman tuotannon kulutuksen lisääminen, joka vähentää ostoenergian määrää. Toinen päätyyppi on osallistuminen sähkö- ja reservimarkkinoille. Tällöin sähköauton akustoa käytetään tasoittamaan taajuusvaihteluita ja kompensoimaan loistehoa. Sähkömarkkinoilla on myös mahdollista käyttää akustoa energia-arbitraasiin eli ostaa sähköä halvemmalla hinnalla ja myydä sitä kalliimmalla. Kirjallisuustutkimuksen perusteella lataus tasavirralla ei ole järkevä vaihtoehto kotitalouksille latausaseman kustannusten vuoksi. Vaihtovirtaan perustuva lataus, joka käyttää autossa itsessään olevaa tasasuuntaajaa on paljon edullisempi vaihtoehto. Autoja, jotka tukevat kaksisuuntaista latausta on jonkin verran tarjolla. Isoista autovalmistajista vain Volvon ja Kian autot tukevat kaksisuuntaista latausta vaihtovirralla, kun taas Volkswagen Groupin alla olevat merkit, kuten Volkswagen ja Audi, tukevat kaksisuuntaista latausta vain tasavirralla. Latausasemia, joissa olisi tarpeelliset ominaisuudet, on hyvin vähän tarjolla. Taloudellisessa selvityksessä arvioitiin vuosittaista tuottoa kummallakin liiketoimintamallilla. Sähkön kulutuksen optimoinnista saatiin tulokseksi noin 250 € vuoden 2023 sähkön spot-hinnoilla. Reservimarkkinoille osallistumalla puolestaan saatiin tulokseksi noin 908 €. Koska sähköauton ensisijainen tarkoitus on toimia kulkuvälineenä, ei tuottavuuden tarvitse kattaa auton ostamisen kaikkia kuluja ollakseen omistajalleen kannattavaa toimintaa. Työssä ehdotettu hybridiliiketoimintamalli, jossa kahta pääliiketoimintamallia käytetään samanaikaisesti, saattaisi johtaa vielä suurempiin voittoihin.

Description

Supervisor

Alanne, Kari

Thesis advisor

Cross, Samuel

Keywords

bidirectional charging, business model, residential

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-202406184528

Collections

[kand] Insinööritieteiden korkeakoulu / ENG