As the Swedish power system has increased its shares of production coming from intermittent renewables, the production coming from large rotational units as nuclear, and hydropower, has decreased. Thereby, the power system has become more sensitive to sudden changes between production and consumption of electricity, increasing the risk of disruptions in the electricity grid. To cope with this, the Swedish transmission system operator Svenska Kraftnät has introduced different frequency regulation (FR) markets. The FR markets are designed to rapidly handle sudden fluctuations between production and consumption in the grid. This is done by having an operator change its consumption or production at a given frequency interval. To guarantee the operator is available if it is needed, it is compensated for staying ready to act, no matter if the service is needed or not.

Currently, prices on the FR markets are very lucrative and this has led to a large interest in investments in units which have the capabilities to participate in the markets. Traditionally, FR in Sweden has mainly been provided by hydropower, however due to the new markets and the high profitability related to them, operators have also started to invest in Battery Energy Storage System (BESS) to participate on the FR markets. Other than operating on the FR markets, the BESS can also generate revenues by doing energy arbitrage.

The aim of the study is to perform a techno-economic analysis to examine if using a BESS primarily for frequency regulation and secondarily for energy arbitrage and peak shaving can be economically profitable under different integration strategies and cost scenarios. BESS operating as Stand-Alone, as a Hybrid-Park with wind production, and with an Industry will be tested. By developing an optimization model using Python, an optimal dispatch schedule which maximizes profits from BESS is decided. Different future price scenarios are tested on the model to test the investments sensitivity to price changes.

In general, the results showed high long-term profitability when investing in BESS to primarily participate on the FR markets. BESS was found to be highly profitable with current market prices and remained profitable even with drastically lowered prices. Stand-Alone BESS was established to have the highest profitability with current market prices due to no restrictions by grid connection. The Industry case was found to be most profitable with lower market prices due to its lower fixed costs, indicating it is the most resistant to price changes. Sensitivity analysis was also performed which showed the starting year of operation being the most crucial parameter in a future where market prices gradually are decreasing.

To conclude, BESS was found to be an effective and profitable solution to primarily provide FR and secondarily energy arbitrage, energy shifting, and peak shaving. Connecting a BESS in combination with energy production or consumption leads to more potential applications, making it less sensitive to changes in individual markets. As the future market conditions are uncertain, increasing the potential applications can lead to a less risky investment, although limiting the profitability with current market conditions. With the addition of new intermittent renewable energy in the Nordic Grid, BESS has the potential to become an important part of the future power system.

Eftersom den svenska kraftsystemet har ökat sin andel av produktionen från intermittenta förnybara energikällor har produktionen från stora roterande enheter som kärnkraft och vattenkraft minskat. Därigenom har kraftsystemet blivit mer känsligt för plötsliga förändringar mellan produktion och konsumtion av elektricitet, vilket ökar risken för störningar i elnätet. För att hantera detta har den svenska transmissionsoperatören Svenska Kraftnät infört olika frekvensregleringsmarknader (FR). FR-marknaderna är utformade för att snabbt hantera plötsliga fluktuationer mellan produktion och konsumtion i elnätet. Detta görs genom att operatören ändrar sin konsumtion eller produktion vid en given frekvensintervall. För att garantera att operatören är tillgänglig om det behövs, kompenseras denne för att vara beredd att agera, oavsett om tjänsten behövs eller inte.

För närvarande är priserna på FR-marknaderna mycket lönsamma, vilket har lett till ett stort intresse för investeringar i enheter som har möjlighet att delta på marknaderna. Traditionellt sett har FR i Sverige främst tillhandahållits av vattenkraft, men på grund av de nya marknaderna och den höga lönsamheten har operatörer även börjat investera i batterilagringssystem (BESS) för att delta på FR-marknaderna. Förutom att verka på FR-marknaderna kan BESS även generera intäkter genom energiarbitrage.

Syftet med studien är att genomföra en teknoekonomisk analys för att undersöka om användningen av en BESS främst för frekvensreglering och sekundärt för energiarbitrage och minimiera effekttoppar (peak shaving) kan vara ekonomiskt lönsam under olika integrationsstrategier och kostnadsscenarier. BESS som opererar Fristående, som en Hybrid-Park med vindproduktion samt med en Industri kommer att testas. Genom att utveckla en optimeringsmodell med hjälp av Python fastställs ett optimalt driftschema som maximerar vinsterna från BESS. Olika framtida prisscenario testas på modellen för att undersöka investeringens känslighet för prisförändringar.

Generellt sett visade resultaten på hög långsiktig lönsamhet vid investeringar i BESS för att främst delta på FR-marknaderna. BESS visade sig vara mycket lönsamt med nuvarande marknadspriser och förblev lönsamt även vid kraftigt sänkta priser. Fristående BESS etablerades som den mest lönsamma med nuvarande marknadspriser på grund av att den inte begränsas av nätanslutningen. BESS med Industri visades vara mest lönsamt med lägre marknadspriser på grund av sina lägre fasta kostnader, vilket indikerar att det är mest motståndskraftigt mot prisförändringar. En känslighetsanalys utfördes också, vilket visade att första driftåret var den mest avgörande parametern i en framtid där marknadspriserna gradvis sjunker.

Slutligen visades det att BESS är en effektiv och lönsam lösning för att främst tillhandahålla FR och sekundärt energiarbitrage, flytta energiförsäljning (energy shifting) och minimera effekttoppar (peak shaving). Att koppla BESS i kombination med energiproduktion eller konsumtion leder till fler potentiella tillämpningar, vilket gör det mindre känsligt för förändringar på enskilda marknader. Eftersom framtida marknadsförhållanden är osäkra kan ökade potentiella tillämpningar leda till en mindre riskfylld investering, även om lönsamheten begränsas med nuvarande marknadsförhållanden. Med tillskottet av ny intermittent förnybar energi i det nordiska elnätet har BESS potential att bli en viktig del av det framtida kraftsystemet.