Verdien av en batteribank på campus Evenstad som nullutslippsområde
Bachelor thesis
Permanent lenke
http://hdl.handle.net/11250/2602892Utgivelsesdato
2019Metadata
Vis full innførselSamlinger
Sammendrag
Klimagassutslipp fra bygninger trenger å reduseres for å hindre global oppvarming. En effektiv måte å gjøre dette på, er ved å etablere nullutslippsområder. Campus Evenstad er et pilotprosjekt som utvikles mot å bli et slikt område. I et nullutslippsområde kommer alle utslipp under søkelyset for å vurdere om de kan kuttes. Det er installert en batteribank på 204 kWh/120 kW som i hovedsak skal forsyne campus Evenstad med strøm i perioder hvor strømnettet er nede (UPS). 100 kWh er til enhver tid reservert til øydrift.
Det installerte litium-ion-batteriet er antatt å ha innebygde utslipp på 35 tonn CO2-ekvivalenter. Investeringskostnaden var på 2,5 millioner kroner. I denne casen undersøkes mulighetene for å kompensere for dette og om mulig komme ut med en positiv gevinst. Det viser seg at ved å bruke den ledige kapasiteten på 104 kWh til peak shaving kan batteriet generere cirka 415 000 NOK i sparte effekttariff-utgifter gjennom sin antatte levetid på 15 år.
Ved å utnytte svingninger i spotpris i nett-strømmen kan de ledige 104 kWh i batteriet spare cirka 14 000 NOK i løpet av hele sin levetid. Grunnen til den lave verdien, er at norske strømpriser er svært stabile. Ved å utnytte svingninger i karbonintensitet på samme måte kan batteriet kompensere for 17 % av totale utslipp. Selv hvis hele batteriet brukes for økonomisk eller klimamessig besparelse, vil det ikke være i nærheten av å kompensere for gjelden. Det er ikke mulig å utnytte svingning i spotpris og karbonintensitet i strømmen samtidig i Norge, grunnet negativ samvariasjon i nett-strømmen. Slik vil sparte klimagassutslipp medføre en kostnad og vice versa. Maksimering av selvbruk av egenprodusert energi fra solcellene ved hjelp av et batteri har minimal effekt, ettersom solcellenes innebygde utslipp resulterer i mer karbonintensiv strøm enn kraften i det norske strømnettet. Den økonomiske verdien av å lagre overskuddsstrøm er liten.
Det er mulig å installere batterier med lavere klimafotavtrykk enn hva som er tilfellet i dag. Dette kan skje enten ved at batteriet er produsert på lavkarbon kraft eller at det består av en mer miljøvennlig litium-teknologi, eventuelt en kombinasjon av disse. Det er også mulig å benytte gjenbrukte batterier fra elektriske kjøretøy. Ingen av disse alternativene vil klare å tilbakebetale tilhørende gjeld. Likevel er et batteri nødvendig, og et gjenbruksbatteri ville vært det billigste og mest miljøvennlige alternativet.
Det viser seg at det installerte batteriet er overdimensjonert, ettersom de 104 kWh som brukes til å generere ekstra verdi ikke engang klarer å kompensere for sine egne investeringskostnader og klimagassutslipp. Slik det er i dag, er en batteribank på campus Evenstad som nullutslippsområde en byrde, sett bort fra verdien den gir til forskning. Selv om campusen ligger i Norge, kan modellene implementeres inn i andre system. I skrivende stund, er den beste bruken en kombinasjon av peak shaving og å spare klimagassutslipp ved å utnytte svingningene i karbonintensiteten i nettet.
Disse resultatene gjelder for sone NO1 i det norske strømnettet. De fleste europeiske land har positiv samvariasjon mellom spotpris og karbonintensitet, og dermed er forholdene annerledes. I tillegg er karbonintensiteten på kontinentet generelt høyere og spotprisene mer varierende. To prevent global warming, greenhouse gas emissions from the building sector needs to be reduced. This can be done by establish zero emission neighbourhoods. Campus Evenstad in Norway is a pilot project with the goal to develop into such a neighbourhood. In a zero emission neighbourhood, all emissions come under scrutiny. \vspace{5mm}
There is a lithium-ion battery bank installed at Evenstad. Out of the installed capacity of 204 kWh/120 kW, 100 kWh is reserved for uninterruptible power supply (UPS) for times when the power grid is down. The rest can be used freely for other purposes. The battery is assumed to have embodied emissions of 35 tonnes of \ch{CO2}-equivalents and the initial cost was 2,5 million NOK. In this thesis, the possibilities of the battery compensating for some of its debt are considered. By using the available capacity of 104 kWh for peak shaving, the battery can generate around 415 thousand NOK in saved power tariff expenses during the lifetime of 15 years. \vspace{5mm}
By exploiting fluctuations in spot price in the power grid, the 104 kWh part of the battery can save approximately 14 000 NOK during its lifetime. The reason why this value is so low, is because the Norwegian power prices are very stable. By exploiting fluctuations in the power grids carbon intensity, the 104 kWh battery can compensate for 17 \% of the embodied emissions of the entire battery bank. Even by using the entire battery for this purpose, it cannot compensate for the climate debt. It is not possible to maximize the winnings both from carbon fluctuations and spot price fluctuations at the same time, as they have negative covariance. This way saved emissions will have a price and vice versa. To maximize the self-consumption of electricity from the photovoltaics by using a battery, will have a minimal effect. Due to the embodied emissions, electricity from the photovoltaics essentially has a higher carbon intensity than the average Norwegian grid mix. The economic value is also small. \vspace{5mm}
There is a possibility to install batteries with lower embodied emissions. The options are batteries produced on low carbon electricity mix, a battery consisting of a more environmentally friendly technology, or a combination of these. Another possibility is to use refurbished batteries from electric vehicles. However, none of these alternatives can pay back their climate debt nor the economical debt. If a battery really is necessary, a refurbished battery is the cheapest and most environmentally friendly alternative. \vspace{5mm}
It turns out that the installed battery might be oversized, as the 104 kWh used to generate profit is unable to do just so. Thus, a battery bank is a burden for campus Evenstad as a zero emission neighbourhood, except the value in using it for research purposes. Even though the campus is located in Norway, the results can be implemented into other systems. As it is at the time of writing, the best use for the battery is a combination of peak shaving and saving emissions by exploiting the fluctuations in the power grid. \vspace{5mm}
These results apply only to zone NO1 in the Norwegian power grid. As most countries in EU have positive covariance between spot price and carbon intensity, the conditions are different. Also, the carbon intensity on the continent is generally higher and the spot prices more fluctuating. The aspects for a battery bank in EU are therefore more positive.