Simulering av bruk av batterier til å redusere elektriske effekttopper : en casestudie av Bioteknologibygningen på Campus Ås

Abstract

Det er nødvendig med en omfattende avkarbonisering i flere sektorer for å redusere klimagassutslippet både nasjonalt og globalt. I energisektoren forventes det en utfasing av fossil kraft og en økende andel fornybar, uregulerbar kraftproduksjon. Elektrifisering av transportsektoren er godt på vei i Norge, som synes spesielt på den raske økningen i antall elbiler på norske veier. Økt belastning på kraftsystemet fra elbillading og mer uregulerbar kraftproduksjon kan imidlertid skape utfordringer for balansen i strømnettet. Det kan bli nødvendig med løsninger som bidrar til et jevnere strømforbruk og mer fleksibilitet i kraftsystemet. En slik løsning er å bruke batterier til lastflytting. Studien utført undersøker om batterier kan brukes til å redusere effekttopper fra elbillading ved Bioteknologibygningen (BTB) på NMBU. Det er gjort ved å analysere historiske forbruksdata for elektrisitet, simulere lastflytting med tre ulike batterisystemer og undersøke den økonomiske lønnsomheten ved bruk av batterier til lastflytting. Forbruksdata fra BTB for årene 2016-2019 og 2021 er analysert for å kartlegge hvilken påvirkning elbillading har på effekttoppene ved bygningen. Elbilladingen forekommer samtidig som forbruket allerede er høyt, og bidrar dermed til å øke allerede høye effekttopper. Informasjon om tre ulike batterisystemer på markedet og de historiske forbruksdataene fra BTB er brukt for å simulere lastflytting. For alle batteriene er reduksjonen i effekttoppene større enn økningen i effektuttak forårsaket av elbillading. Beste resultat oppnådd i simuleringene er en reduksjon av effekttopper på 24,6 kW, som tilsvarer 12,5\% av opprinnelig effekttopp. Endring i kostnader knyttet til effektledd, strømpris og energiledd er estimert og brukt i beregning av netto nåverdi og tilbakebetalingstid. Med de avgrensninger satt i oppgaven er ingen av batterisystemene en lønnsom investering, da beste resultat var en tilbakebetalingstid på 24 år og netto nåverdi på -166 791 kr. Resultatene viser at elbillading bidrar til å øke effekttoppene til BTB, og at reduksjon av effekttopper kan oppnås ved bruk av batterier til lastflytting. Å bruke batterier kun til lastflytting vil derimot ikke være en økonomisk lønnsom løsning. Til videre arbeid kan det være interessant å se lønnsomheten ved kombinasjon av flere bruksområder for batterier.

Extensive decarbonization of several sectors is needed to reduce emissions of greenhouse gasses. Fossil fuels are expected to be phased out with an increasing rate of intermittent power from renewable energy sources. Electrification of the transport sector has come a long way in Norway, and the proportion of electric vehicles (EV) is increasing rapidly. However, increased load on the power system from EV charging and more unregulated power generation can create challenges for the balance in the power grid. Solutions that contribute to a more even power consumption and more flexibility in the power system might be necessary. One such solution is to use batteries for peak shaving. This master's thesis investigates whether batteries can be used to reduce power peaks from EV charging at the Biotechnology Building (BTB) at NMBU. This is done by analyzing historical consumption data for electricity, simulating peak shaving with three different battery systems, and examining the economic profitability of using batteries for peak shaving. Consumption data for BTB from the years 2016-2019 and 2021 have been analyzed to determine the impact EV charging has on the power peaks of the building. EV charging often occurs when consumption is already peaking, and thus contributes to increasing power peaks that already are high. Information about three different battery systems on the market and the historical consumption data from BTB have been used to simulate peak shaving. The reduction in power peaks is greater than the increase in power consumption caused by EV charging for all three batteries. The best result obtained in the simulations is a reduction in power peaks of 24,6 kW, which corresponds to 12,5 \% of the original peak. Changes in costs related to power tariffs, electricity prices, and the variable grid rental fee are estimated and used in the calculation of the net present value and payback time. None of the battery systems are feasible solutions under the given assumptions and limitations, with the shortest payback period being 24 years and the highest net present value - 166 791 kr. The results show that EV charging contributes to increasing the power peaks at BTB, and that reduction of power peaks can be achieved by using batteries for peak shaving. Using batteries only for peak shaving, however, will not be an economically profitable solution. For further work, it could be interesting to explore the feasibility of using the batteries for multiple purposes.