Smarta nät och batterier

Denna vecka i OmEV handlar om smarta nät och kopplingen till fordonet. Idag tittar vi närmare på batterier kopplat till smarta nät, och då framför allt batterier till hemmalagring.
Tesla har sin Powerwall och BMW har en egen variant, och det finns en hel radda av olika lösningar. SolarQuotes i Australien har gått igenom ett stort antal anläggningar mer i detalj och som går att läsa här [1]. Ifjol sökte även VW möjligheter till hemmalagring av solel [2].
För en månad sedan blev det klart att Teslas Powerwall 2 var redo för leverans i USA [3]. En Powerwall utgörs av en enhet, modul, som är identisk med de moduler som finns i fordonen, men då i ett större antal.
Energilager kan vara placerade på olika nivåer i elnätet. Rocky Mountain Institute har konstaterat att nyttan av ett energilager ökar ju längre ’ner’ i elnätet lagret är placerat [4]. En liknande slutsats drar Morgan Stanley, och de menar dock att de primära kunderna i USA kommer vara företag snarare än privathushåll; den kollektiva fördelen större än för den enskilda användaren [5]. Vidare är Morgans Stanleys rapport inriktad mot att lagra solel, och de pekar på en låg efterfrågan från enskilda hushåll för batterilagring, främst på grunda av hur de olika avgifterna för solel är konstruerade i stora delar av USA, där enskilda hushåll får samma avgifter som för företag, samt att företag har en större fördel att lagra solel än ett hushåll. Men kan variera över världen.
Lägenhet vs. Villa
Power Circle har studerat potentialen med energilager i flerbostadshus och villor [6]. Tre mindre lägenhetshus (18, 27 respektive 36 lägenheter) har studerats. Man har antagit att lägenheterna inte har egna anslutningspunkter till elnätet, utan i stället har en gemensam anslutningspunkt och genom kollektivmätning delar upp elnätsräkningen per lägenhet. Resultaten visar att ett gemensamt batteri på motsvarande 0,8-1,3 kWh per lägenhet kan minska fastigheternas toppeffekt med 40%, och med en återbetalningstid på ca 5-7 år. Som jämförelse gör Power Circle att en fastighet med 60 lägenheter kan klara sig med ett batteri i samma storleksordning som en Tesla (red.anm: antagligen en Model 3).
För villor ser resultaten lite annorlunda ut. Tre olika värmealternativ för villor har Power Circle simulerat: fjärrvärme, elvärme och värmepump. Batterier på 4-13 kWh skulle behövas för att sänka toppeffekterna med 40%, och villor med fjärrvärme kräver de minsta batterierna. Villor med fjärrvärme eller värmepump skulle ha en återbetalningstid på över 16 år med dagens batteripriser.
De minskade effekttopparna möjliggör även att elnätsägarna kan slippa avgifter för överuttag från överliggande nät. Med hjälp av sänkta effekttoppar och minskade säkringsabonnemang finns det stor potential att frigöra kapacitet i elnäten. Vidare kan husägaren minska säkerhetsabonnemang, vilket kan vara av intresse. Läs gärna mer om elnätet i onsdagens nyhetsbrev.
Lönsamt?
För att få lönsamhet i att kombinera ett batterisystem och en solcellsanläggning bör totalkostnaden vara under 320 US$/kWh, och beror på var man bor, enligt Morgan Stanleys analys [5]. Marknaden tros vara 50 miljarder US$ 2020, och skulle motsvara 140 GWh, och där Tesla och LG Chem kommer ha en marknadsandel på 30% var, enligt Morgan Stanley, som dock inte utesluter att någon av dessa aktörer kommer ha mer än 50% av marknaden. För Tesla beror det på hur snabbt Gigafactory blir en succé och för LG Chem gäller det att skaffa sig en tydlig bas i USA för tillverkning (red.anm: de har en produktionsanläggning för EV-batterier i USA, men den lär inte räcka för hemmalagring).
Dock kommer den amerikanska marknaden vara en bråkdel av den globala marknaden, som de tror kommer vara 980 – 1120 GWh och där den kinesiska marknaden kommer vara dubbelt så stor som den i USA år 2030, dvs. ca. 280 GWh. Detta ska jämföras med behovet av batterier till xEV. Som vi skrev om tidigare i mars förutspår Avicenne att 2025 kommer behovet av Li-jonbatterier för xEV vara 120 GWh.
Analytikerna på Morgon Stanley tror att medelpriset för hemmalagring kommer ta fart när produktionskostnaderna närmar sig 250 US$/kWh, med en årlig minskning på 5% till 150 US$/kWh 2017.
RenewEconomy har räknat på vad hemmalagringsanläggningar kostar [7]. I slutet av 2016 gjorde de en jämförelse av kostnaden för den garanterade energin för anläggningar från olika tillverkare som cyklas en gång per dag. Billigast är Teslas Powerwall (0,17 US$/kWh) och dyrast är BYDs Mini (1,15 US$/kWh). Under 2015 presenterades en likande studie och då kostade en Powerwall från Tesla ca. 0,25-0,26 US$/kWh beroende på om man leasade systemet eller köpte det cash från SolarCity [8].
Saknas regelverk?
I Sverige är ett regelverk nödvändigt som tillåter nätägare att äga, drifta och styra energilager som är kopplade till nätet för att kunna säkerställa leveranser och kvaliteten i elnätet. Regelverket behöver även ta hänsyn till det som hindrar införandet av energilager till såväl marknaden som nätet.
Men inte alla gillar batteripack i husen. I Australien kan det eventuellt bli olagligt med hemmalagring [9]. Det finns idag ca 1,6 miljoner hushåll i Australien som har solceller monterade på taken och majoriteten av ägarna är intresserade av att lägga till ett batteri för lagring. Dock har det läckt en rapport från den icke-statliga organisationen Standards Australia, där man rekommenderar att system av Li-jonceller inte får installeras inne i hus utan de ska finnas i separata enheter utanför husen. Enligt Australiens RenewEconomy skulle en ny standard göra detta leda till flera tusen dollar dyrare enheter (1 AUS$ ca 7 SEK). Idag finns inga förbud med Li-jonceller i hus varken i USA eller i Japan. I Tyskland finns redan ca 30.000 hushåll med likande batterianläggningar som man nu är intresserade av i Australien. Bloomberg New Energy Finance tror att det inom de närmsta 15 åren kommer finnas ca 6 miljoner bostäder med batterilagring i Australien [10].
Batterival
Som celltillverkare är det ett smart drag att använda samma celler till lagring av solel som för BEV (Batterielbil). Tesla gör det med sina celler och får avsättning för produktionskapaciteten i Gigafactory. Samsung söker sig till liknande lösningar, dock för större anläggningar i ett JV med kinesiska Sungrow (världens största tillverkare av invertrar till PV-anläggningar) [11].
Många av de lösningar som presenteras baseras på Li-jonbatterier. Men även Zink-luft och flödesbatterier kan vara av intresse för hemmalagring. De två senare kräver dock ofta mer underhåll. Ett exempel på nästa generations batteriteknik som idag finns att tillgå som alternativ för hemmalagring är Li-svavelbatterier från brittiska Oxis [12].
Egna kommentarer
Batterimarknaden för hemmalagring väntas bli stor, om nu vi ska tro att prognoserna stämmer. I Tyskland räknade man 2013 att en anläggning med solceller och batteri kostade 0,30€/kWh och om kostnaden sjunker till 0,16 €/kWh kommer det vara lönsamt att installera hemmalagringsanläggningar.
Om batteriet blir dyrare än i fordon återstår att se. Batteripacket kan vara olika utformat, även om det är samma celler/moduler som använda. Säkerhetsanordningarna måste antagligen ses över, lika så installationen i husen. Priset kan även bero på leverantörernas produktionskapacitet.
Livslängden blir antagligen annorlunda än för samma celler/moduler i ett fordon. Allt är givetvis avhängt hur hemmalagret används. Om det används som ett reservaggregat och ska hålla fulladdning under en längre tid eller om det används varje dag för effekttoppar eller för energitillförsel under natt spelar roll för livslängden. Ju mer likt användningen är ett fordon desto mer lika livslängd. Att stödladda ett batteri under en längre tid för att hålla en hög laddningsgrad sliter troligtvis mer än att cykla batteriet, något som bl.a. Maria Hellqvist Kjell presenterat i sin avhandling [13].
Om även bilen ska vara en del av bostadens elnät, V2H, som vi skrev om tidigare i veckan ställer det nya krav framför allt hur garantier ska utformas – vem äger batteriet och vem får stå för kostnaden för att byta ut batteriet? Osv…
Man kan undra varför det är så tyst om hemmalagring i flerbostadshus ur ett globalt perspektiv. Det som det pratas mest om är att andrahandsanvändning (dvs. att använda uttjänta fordonsbatterier) för stationär lagring av solel, etc. Vi återkommer om andrahandsanvändning längre fram i år.
[1]  Solar Battery Storage Comparison Table länk
[2] Volkswagen eyes SMA Solar storage systems in cooperation talks  länk
[3] Tesla Powerwall 2 now ready to ship after strong pre-orders, early Gigafactory battery production went to Powerpacks länk
[4] THE ECONOMICS OF BATTERY ENERGY STORAGE HOW MULTI-USE, CUSTOMER-SITED BATTERIES DELIVER THE MOST SERVICES AND VALUE TO CUSTOMERS AND THE GRID länk (pdf)
[5] Renewable Energy Storage: The Next Big Power Play. Morgan Stanley. länk
[6] Lokala energilager i distributionsnäten. Power Circle. länk
[7] Graph of the Day – Tesla Powerwall 2 way ahead of competition on price. länk
[8] Tesla Powerwall & Powerpacks Per-kWh Lifetime Prices vs Aquion Energy, Eos Energy, & Imergy. länk
[9] Tesla Powerwall advocates fight proposed ban on in-home lithium ion battery storage systems in Australia länk
[10] NEW ENERGY OUTLOOK 2016
POWERING A CHANGING WORLD. BNEF. länk
[11] An Alliance Between Samsung SDI and Sungrow Could Mark a Trend in Energy Storage länk
[12] Case Study: OXIS Solar Centre for Autonomous Research  länk (pdf)
[13] Performance of Conventional and Structural
Lithium-Ion Batteries. Maria Hellqvist Kjell . KTH. Avandling. länk (pdf)