| dc.description.abstract | Ved en elektrifisering av maritim industri møter havner nye utfordringer knyttet til leveranse av landstrøm og ladestrøm til skip. Denne rapporten forsøker å undersøke om bruk av elektrisk energilagring i havner kan bidra til å møte disse utfordringene, hvilke teknologier som er foretrukne og hvordan lønnsomhet varierer mellom havner og ulike system-parametre.
Oppgaven starter med en introduksjon av energilagring som analyserer potensielle bruksområder, eksempler av bruk, teknisk karakteristikk, kostnadselementer og kostnadsmodeller. Videre blir teknisk karakteristikk og kostnadselementer for energilagringsteknologier i 2016 og 2030 utledet, hvor bruk av NaS, NaNiCl, VRFB og Litium-ion NCA gir mest lovende resultater. Videre blir det norske regulatoriske landskapet og forventet elektrifisering av skipstrafikk i norsk farvann undersøkt for å avgjøre hvilke bruksområder av energilagring i norske havner som har størst potensiale. De norske reguleringene som omhandler energilagring er fortsatt umodne og fordelene ved flere av de mulige bruksområdene er derfor usikre. En kombinasjon av markedsapplikasjoner gir færre regulatoriske utfordringer og en evaluering av norske tariffer tydeliggjør sterke insentiver for å redusere månedlige effekttopper. Basert på dette blir en kombinasjon av reduksjon av effekttopper og energi-arbitrasje valgt som den mest lovende kombinasjonen av bruksområder. Denne kombinasjonen kan også brukes for havner med begrenset effektkapasitet i nettet.
For å undersøke potensialet av å bruke energilagring i havner, blir en optimeringsmodell, som kan brukes til casestudier, laget. Optimeringsmodellen er formet av det norske regulatoriske landskapet, og finner den optimale kapasiteten og effekten til et energilagringssystem som minimerer de årlige kostnadene for å dekke en last. Modellen tar inn årlig last, koeffisienter for nettariff og utvalgte karakteristikker og kostnadselementer for en energilagringsteknologi. Casestudiene representerer potensielle fremtidige laster i en byhavn dominert av passasjertrafikk, en lastehavn og en offshore/subsea-base. Casestudiene er utført under normale forhold og med begrensninger i nettkapasitet.
Resultatene fra casestudiene indikerer at med nåværende tekniske karakteristikker og kostnader for de ulike teknologiene, så vil ikke bruken av energilagring i havner være økonomisk lønnsom, selv for de mest ambisiøse scenariene for elektrifisering. Med den forventede teknologiske og kostnadsrelaterte utviklingen vil derimot den økonomiske lønn-somheten øke drastisk, spesielt i by- og lastehavnene som oppnår kostnadsreduksjoner. Flere teknologier viser høyt potensiale for å kunne utsette investeringer i nettkapasitet rundt by- og lastehavnene. Implementering av energilagring i Offshore/subsea-basen er bevist mindre lønnsomt. Som forventet gir NaS de beste resultatene i alle casestudiene.
Gjennom sensitivitetsanalyser blir påvirkningen fra variasjoner i nettariffer, elektrisitetspriser og økonomisk restverdi studert. Sensitivitetsanalysene viser en klar korrelasjon mellom netttariff og økonomisk lønnsomhet av energilagring. Videre tydeliggjøres en svakhet i energi arbitrasje med norske strømpriser sammenlignet med flere andre europeiske strømpriser. Til slutt illustreres fordelene ved en økning i økonomisk restverdi for systemer for energilagring. | |
| dc.description.abstract | With the electrification of the maritime industry, ports are challenged by new obligations to supply alternative marine power (AMP) and power for the charging of batteries on-board vessels. This report seeks to study whether the utilization of energy storage systems (ESSs) in ports can help meet these challenges, what energy storage technologies are preferred, and how the feasibility varies with different types of ports and system-parameters.
The report starts with an introduction to energy storage technologies that analyze the potential applications, use-cases, characteristics, costs, and models for the cost of energy storage. Technical characteristics and cost-elements of energy storage technologies for 2016 and 2030 are derived, and the utilization of NaS, NaNiCl, VRFB, and NCA stands out as most advantageous. Further, the Norwegian regulatory environment and the expected electrification of vessel traffic in Norwegian waters are studied to determine what applications of ESSs in Norwegian ports are convenient. The Norwegian regulations concerning ESSs are immature and the benefits of several of the potential grid-applications are uncertain. Combining behind-the-meter applications give fewer regulatory boundaries, and an evaluation of the Norwegian grid tariff scheme reveals strong incentives to reduce monthly peak powers. A combination of load leveling and energy arbitrage is found to be the most promising combination of applications, as this can also be used for ports with constrained grid power capacity.
To study the economical feasibility of ESSs in Norwegian ports, an optimization model is constructed. The optimization model is shaped into the Norwegian regulatory environment and finds the optimal ESS capacity and power rating that minimized the annual costs of supplying a load. The input to the model is yearly load, grid tariff coefficients, and a selection of energy storage characteristics and cost-elements. The optimization model is applied to case studies that constitute two potential future loads of a City port dominated by passenger traffic, a Cargo port, and an Offshore/subsea base. The case studies are conducted under normal operation and with constraints in grid power capacity.
The results of the case studies indicate that with the current characteristics and costs of energy storage technologies, the utilization of ESSs in the ports is generally not feasible for even the most aggressive electrification scenarios. With the expected development in energy storage technologies, the economical feasibility of implementing ESSs into ports is greatly enhanced, first of all for the Cargo and City port which experience cost reductions. Further, several energy storage technologies show high potential in deferring upgrades in the grid capacity of City and Cargo ports. The employment of ESSs in the Offshore port is proven to be economically less feasible. As expected, NaS gives the best results.
Through sensitivity analyses, the impact of variations in grid tariffs, electricity prices, and end-of-life return values are studied. The sensitivity analyses show a clear correlation between grid tariffs and the feasibility of ESSs. Further, the deficiency of energy arbitrage with the spot prices of the Norwegian market, compared to other European markets, is demonstrated. Finally, the increasing benefits of ESSs with the advancement in end-of-life return values are illustrated. | |
