Energy Storage for Stationary Applications – A Comparative, Techno-Economical Investigation

• Main Author: Persson, Fredrik
• Format: Others
• Language: English
• Published: KTH, Skolan för kemi, bioteknologi och hälsa (CBH) 2020
• Subjects: Lead-acid; Lithium iron phosphate; Stationary energy storage; Techno-economic analysis; bly-syra; litium-järnfosfat; stationärt energilager; tekno-ekonomisk studie; Chemical Process Engineering; Kemiska processer
• Online Access: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-280016

Power outages, electric-grid deficiencies and renewable energies are all examples where stationary energy storages are useful. In this master thesis, two types of stationary electrochemical energy storages are examined; vent-regulated lead-acid batteries (VRLA) and lithium iron phosphate batteries (LFP), to find out the more beneficial one in stationary uses. The techniques are examined for a large range of electric-grid services in a techno-economical investigation. The cost per delivered kWh of the energy storage is the basis of comparison which is calculated using battery degradation data with respect to C-rate, SoC, DoD, temperature, storage time and cycle frequency to estimate calendar and cyclic aging. Modelling presents neither alternative as superior although LFP is the more versatile alternative. VRLA-batteries can be a more cost-beneficial alternative for applications demanding less than 1 cycle/day, at temperatures lower than 30C, short project lifetimes and when utilizing storages beyond 80% EoL. The investment cost is lower for VRLA at equal C-rates. Cost items neglected will decrease the chances of VRLA being the cheapest technique. From a sustainability point of view, LFP is under almost all circumstances the less energy and CO2-intense technology, however recyclability is in clear favor for VRLA. === Strömavbrott, underdimensionerade elnät och förnybar energi är tre exempel där ett stationärt energilager kan tillämpas. I den här masteruppsatsen undersöks två typer av stationära elektrokemiska energilager; ventilreglerade bly-syra-batterier och litium-järnfosfat-batterier (LFP), för att finna det mer fördelaktiga alternativet i stationära applikationer. De två teknikerna analyseras i ett stort antal elnätsapplikationer i en tekno-ekonomisk studie. Kostnaden per levererad kWh av energilagret används som jämförelsebas vilken beräknas utifrån batteridegraderingsdata med avseende på C-rate, SoC, DoD, temperatur, lagringstid och cykelfrekvens för att estimera kalender- och cyklisk åldring. Modellering visar att inget av batterialternativen är överlägset i alla situationer men LFP är det mångsidigare alternativet. Bly-syra-batterier kan vara mer kostnadseffektiva för applikationer som kräver mindre än 1 (full-ekvivalent) cykel/dag vid temperaturer lägre än 30C, korta projektlivstider samt när batterilagren används bortom 80% EoL. Investeringskostnaden är lägre för bly-syra-batterier när likadan C-rate appliceras. Negligerade kostnadsposter kommer minska chanserna att bly-syra-batterier är det billigaste alternativet. Från ett hållbarhetsperspektiv är LFP nästan uteslutande den mindre energikrävande och mindre CO2-intensiva tekniken. Bly-syra-batterier har dock en klar fördel när det kommer till återvinningsbarhet.