Bachelor's Thesis

Software Model Design for Electrical Energy Storage

Final Thesis 2.51 MB Appendix 68.68 kB

Author of thesis: Matěj Tůma

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Lukáš Radil, Ph.D.

Reviewer: Ing. Jiří Luňáček, Ph.D., MBA

Abstract:

This bachelor’s thesis deals with the design of a software model for electrical energy storage, focusing on Battery Energy Storage Systems (BESS) and their economic operation. The theoretical part covers an overview of energy storage technologies, primarily electrochemical accumulators, the legislative framework including the most important changes introduced by the Lex OZE III amendment, which defines a standalone battery storage system as a new licensed category, and economic indicators in the form
of LCOS, NPV and IRR. The practical part describes the implementation of a model with a graphical user interface as a simulation of battery storage operation in two scenarios – pure energy arbitrage and a combination of arbitrage with ancillary balancing services, with the model tested on real market data from ENTSO-E and OTE-CR sources. The results showed that combining arbitrage with ancillary services ignificantly improves the economic performance of the project compared to a standalone arbitrage strategy.

Keywords:

Electrical energy storage, Battery energy storage system BESS, Energy arbitrage, Lex OZE III, Ancillary balancing services, Power market, Python, software model

Date of defence

18.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student seznámil zkušební komisi s výsledky své bakalářské práce na téma Návrh softwarového modelu akumulace elektrické energie. Následně vedoucí práce Ing. Lukáš Radil, Ph.D. seznámili komisi s posudkem vedoucího i oponenta bakalářské práce. Student následně zodpověděl otázku oponenta s mírnou dopomocí vedoucího práce. Doc. Topolánek položil doplňující otázku týkající se arbitráže a navrženého software. Student reagoval na otázku správně.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Power Electrical and Electronic Engineering (BPC-SEE)

Composition of Committee

prof. Ing. Jiří Drápela, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. David Topolánek, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Lukáš Radil, Ph.D. (člen)
Ing. Martin Vojtek, Ph.D. (člen)
Ing. Václav Vyčítal, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Petr Kačor, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Lukáš Radil, Ph.D.

Pan Tůma zpracoval svoji práci na téma výhodnosti zapojení akumulačních zařízená, respektive
Pan Tůma zpracoval bakalářskou práci na téma softwarového modelu akumulace elektrické energie se zaměřením na bateriová úložiště (BESS), resp. zařízení pro ukládání energie (ZUE) a jejich ekonomický provoz. Práce je členěna do pěti kapitol s úvodem a závěrem. Všechny čtyři body zadání byly splněny, v praktické rovině spíše nadstandardně.
Teoretická část (kapitoly 1 až 3) shrnuje akumulační technologie, legislativu včetně Lex OZE III a ekonomické ukazatele (CAPEX, OPEX, návratnost, NPV, IRR, LCOS). Je věcně správná a odcitovaná, místy ale spíše popisná a na nižší technické úrovni, s několika drobnými nepřesnostmi a překlepy. Pro bakalářskou úroveň to plně postačuje.
Těžiště je v kapitolách 4 a 5. Model je poměrně obsáhlý: tři obchodní strategie (absolutní a procentuální prahy, LP optimalizace jako prediktivní řízení s modelem (MPC), vrstvení arbitráže se SVR včetně SOC akumulátoru, zjednodušený degradační model, stahování dat z ENTSO-E a export výstupů. Oceňuji, že student sám korektně pojmenovává meze modelu. Testování na datech let 2015, 2023 a 2025 a jeho interpretace patří k nejsilnějším místům práce – přehledně ukazuje, že samotná arbitráž není rentabilní, zatímco kombinace se SVR posouvá projekt do ziskové oblasti, a dobře rozebírá i paradox kladného IRR při záporném NPV v roce 2025. Některá zjednodušení (jednoletý horizont, nastavení cen a penalizací SVR) student přiznává a výsledky nepřeceňuje.
Vznikl funkční a rozšiřitelný nástroj s reálnou využitelností. Práci doporučuji k obhajobě a hodnotím stupněm A – 92 bodů. Points proposed by supervisor: 92

Grade proposed by supervisor: A

Práce se zabývá aktuální problematikou bateriových systémů akumulace elektrické energie a návrhem vlastního softwarového nástroje pro simulaci jejich provozu a ekonomického vyhodnocení. Autor prokázal schopnost samostatně nastudovat odbornou problematiku, navrhnout strukturu modelu a implementovat funkční aplikaci v prostředí Python včetně grafického uživatelského rozhraní. Pozitivně hodnotím zejména propojení technických, legislativních a ekonomických aspektů problematiky a ověření modelu na reálných datech trhu s elektřinou.

Praktická část představuje hlavní přínos práce. Vytvořený software umožňuje simulaci různých provozních scénářů bateriového úložiště a poskytuje uživateli přehledné ekonomické i provozní výstupy. Zadání práce bylo splněno v požadovaném rozsahu.

Za dílčí výhradu považuji ekonomické hodnocení projektu. Přestože autor prezentuje výsledky pro několik variant provozu, ekonomická část mohla více pracovat se scénářovou analýzou budoucího vývoje trhu. Výnosnost bateriových úložišť je totiž zásadně závislá na cenových rozdílech elektřiny mezi jednotlivými časovými obdobími. V současnosti jsou příjmy z arbitráže a podpůrných služeb relativně atraktivní, avšak odborná literatura upozorňuje na tzv. "cannibalization effect", kdy s rostoucím počtem bateriových úložišť dochází k postupnému snižování cenových rozdílů a poklesu výnosů jednotlivých provozovatelů. Současně již v některých zemích dochází k nasycení trhů podpůrných služeb a poklesu jejich cen.

Jsem si ale vědom, že data, která měl student k disposici, tento pohled primárně neumožňovala. Podobnější rozbor v diskusi výsledků by ale byl vhodnější. 

Z tohoto důvodu by bylo vhodné doplnit citlivostní analýzu například pro scénáře nízké, střední a vysoké volatility cen elektřiny nebo pro různé úrovně rozšíření bateriových úložišť na trhu. Takové rozšíření by zvýšilo praktickou využitelnost výsledků a lépe postihlo investiční rizika posuzovaného řešení.

Přes uvedenou připomínku hodnotím práci jako kvalitně zpracovanou, odborně správnou a přínosnou.  Proto ji doporučuji k obhajobě s uvedeným hodnocením. Topics for thesis defence:
  1. Jak by se změnila ekonomická návratnost navrženého řešení v případě, že by došlo k významnému rozšíření bateriových úložišť na trhu a současně k poklesu cenových rozdílů mezi obdobími nízkých a vysokých cen elektřiny?
Points proposed by reviewer: 90

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová