För att möta problem med ökande klimatförändringar kan fjärrvärmen ha en betydande roll ur både en svensk och en internationell kontext. Samtidigt står svenska fjärrvärmebolag inför betydande utmaningar då värmepumpar blir ett allt vanligare val för att möta uppvärmnings- och tappvarmvattenbehovet, tillgången till avfall och biomassa som bränsle förutspås bli mer begränsad och byggnaders uppvärmningsbehov blir allt lägre. För att fjärrvärme ska fortsätta vara ett konkurrenskraftigt och hållbart alternativ för att möta uppvärmnings- och tappvarmvattenbehovet har konceptet fjärde generationens fjärrvärme (4GDH) tagits fram. 4GDH karaktäriseras av lägre nättemperaturer, fler förnybara energikällor för fjärrvärmeproduktion samt ökad integrering med andra delar av energisystemet. I detta examensarbete har dels möjligheter med att arbeta mot 4GDH i Borlänge Energis fjärrvärmenät undersökts och dels har potentialen med att uppnå ett hållbart energisystem genom att konvertera existerande svenska fjärrvärmenät till 4GDH undersökts. Examensarbetets fokus har primärt legat på den aspekt av 4GDH som innebär lägre nättemperaturer.  Beräkningar på Borlänges fjärrvärmenät visar att det finns fördelar med att sänka nättemperaturen i form av (1) ökad elproduktion i kraftvärmeverk (KVV), (2) effektivare rökgaskondensering samt (3) mindre värmeförluster. Störst kostnadsbesparingar och undvikta CO2-utsläpp erhålls genom effektivare rökgaskondensering följt av minskade värmeförluster. Den ökade elproduktionen i KVV medförde små kostnadsbesparingar och undvikta CO2-utsläpp i förhållande till tidigare nämnda faktorer. Simulering av Borlänges fjärrvärmenät i dagsläget och med 4GDH visade på att 4GDH skulle kunna leda till att en stor mängd drifttimmar undviks i Borlänge Energis avfallseldade hetvattenpanna samtidigt som fjärrvärmesystemet blir oberoende av fossila bränslen. Detta innebär stora undvikta CO2-utsläpp men grundat i att avfallsförbränning är en tjänst som fjärrvärmebolag får betalt för i dagsläget leder det totalt sett till en ökade bränslekostnader för Borlänge Energi.   Vid analys av kunder i Borlänges fjärrvärmenät valdes fem fastigheter ut som till stor del uppfyllde framtagna kriterier för att en fastighet skulle lämpa sig väl för 4GDH. Av dessa var tre fastigheter planerade byggnationer och två befintliga fastigheter. Av de presenterade tekniska lösningarna fanns endast tydlig ekonomisk lönsamhet, miljönytta och teknisk möjlighet i ett av fallen, där majoriteten av fastighetens fjärrvärmebehov kunde täckas av returvärme tack vare låga temperaturkrav. I två andra fall kunde ekonomisk lönsamhet och miljönytta konstateras men dessa krävde investeringar av externa aktörer för att tekniskt möjliggöras. I de övriga två fallen begränsades den ekonomiska lönsamheten och tekniska möjligheten av ett begränsat flöde i närliggande returledningar som föreslogs användas som framledning för lösningarna.  De långsiktiga fördelarna med 4GDH indikerade att det är ett angreppssätt man på sikt bör jobba vidare med i Borlänge eftersom det kan bidra till att uppfylla kommunala miljömål. Samtidigt visade de studerade kundfallen att det finns tydliga hinder för implementering av 4GDH trots att fastigheter bedöms väl lämpade för att nyttja lågtempererad fjärrvärme. Således drogs slutsatsen att 4GDH främst bör implementeras i form av större sekundärnät vilket kräver samordning av ett flertal aktörer och långsiktig planering. För att stödja Borlänge Energis arbete mot 4GDH togs en handlingsplan fram med rekommenderade åtgärder i dagsläget, på fem till tio års sikt och på längre än tio års sikt.  För att avgöra potentialen med 4GDH i svenska fjärrvärmenät generellt nyttjades resultat från beräkningar och simuleringar av Borlänges fjärrvärmenät för att simulera fyra typiska svenska fjärrvärmenät med olika produktionsmixar. Simuleringarna visade på att 4GDH i samtliga fall ledde till kostnadsbesparingar och undvikta CO2-utsläpp samtidigt som tillförseltryggheten ökade. Simuleringarna indikerade på att fjärrvärmenät där restvärme eller biomassa är de primära energikällorna främst drar fördel med 4GDH i form av minskade bränslekostnader medan fjärrvärmenät där avfall eller fossila bränslen är primära energikällor drar större fördel i form av undvikta CO2-utsläpp.  Resultaten från detta examensarbete visade att potentialen för att uppnå ett hållbart energisystem genom att konvertera svenska fjärrvärmenät till 4GDH är god. Beroende på vilken typ av svenskt fjärrvärmenät det är bör policys och styrmedel anpassas för att gynna en utveckling mot 4GDH, extra betydande är detta i fjärrvärmenät där avfallsförbränning står för en betydande del av fjärrvärmetillförsel. Generellt kan arbete mot 4GDH påbörjas på ett förhållandevis likvärdigt vis i svenska fjärrvärmenät, därför presenteras en generell metodik för hur svenska fjärrvärmebolag kan initiera en omställning mot 4GDH. / To face the emerging climate crisis, district heating could play an important role both in Sweden and internationally. Meanwhile, Swedish district heating companies are facing major challenges as heat pumps become more common to meet the heating and domestic hot water demand in buildings, the availability of waste and biomass as fuel is predicted to be limited and the heating demand of buildings is reducing. In order for district heating to maintain a competitive and sustainable alternative to meet the heating and domestic hot water demand in buildings, the concept of the fourth generation of district heating (4GDH) has been created. 4GDH is characterized by lower temperatures in the district heating network, more renewable energy sources used for heat production and increased integration with other parts of the energy system. In this master thesis, the possibilities with working towards 4GDH in Borlänge Energi’s district heating network has been evaluated. Also, the potential of achieving a sustainable energy system by converting existing Swedish district heating networks to 4GDH has been examined. The focus of the master thesis has primarily been on the aspect of 4GDH considering lower network temperatures.  Calculations show benefits with lower temperatures in Borlänge Energi’s district heating network such as (1) increasing electricity production in the combined heat and power plant (CHP), (2) more efficient flue gas condensation and (3) decreased heat losses. The largest reductions of costs and CO2 emissions are obtained from more efficient flue gas condensation followed by decreased heat losses. The increased electricity production in the CHP plant resulted in smaller reductions of costs and CO2 emissions compared to the above-mentioned factors. Simulations of a scenario where 4GDH is fully implemented in Borlänge, shows that 4GDH could lead to a lot of operating hours being avoided in the waste-fuelled hot water boiler and the district heating network being independent of fossil fuels. This means significant reductions of CO2 emissions but due to that waste incineration is a service that district heating companies gets paid for the total costs of fuel are increased.   When analysing customers in Borlänge Energi’s district heating network, five buildings were selected that largely fulfilled presented criterions for a building to suit well in a 4GDH system. Of these five buildings, three were planned buildings and two were existing. Of the presented technical solutions, there were only economic and environmental benefits with few technical barriers in one case. In this case, the heating and domestic hot water demand could mainly be covered by return heat owing to low temperature requirements. In two other cases, the economic and environmental benefits depended heavily on investments by external actors to be technically feasible. In the remaining two cases, the economic benefits and the technical feasibility was limited due to a limited flow in nearby return pipes which were proposed to be used as supply pipe to the buildings.  The long-term benefits with 4GDH indicated that it is an approach that should be continued with in Borlänge in the long term as it can contribute to reaching municipal environmental targets. However, the studied customer cases showed significant barriers to implementing 4GDH, although the buildings were assessed to be suited well for using low-tempered district heating. Thus, it was concluded that 4GDH should mainly be implemented by building larger low-tempered secondary networks. This requires coordination of multiple actors and long-term planning. To support Borlänge Energi’s work towards 4GDH, an action plan was presented with recommended measures today, in five to ten years’ time and in more than ten years’ time.  To generalize the results from Borlänge on a national level, the results from calculations and simulations of Borlänge Energi’s district heating network were used to simulate four typical Swedish district heating networks with different production mixes. The simulations showed that 4GDH in all cases led to reductions of costs and CO2 emissions and increased security of supply. The simulations indicated that district heating networks where residual heat or biomass is predominantly used mainly benefits from 4GDH through cost reductions, while district heating networks where waste or fossil fuels are predominantly used mainly benefits from 4GDH through reduced CO2 emissions.  The results of this thesis shows that the potential of achieving sustainable energy systems by converting Swedish district heating networks to 4GDH is high. Depending on the characteristics of the district heating network, policies and instruments should be adjusted to support a development towards 4GDH. This is especially important in district heating networks where waste incineration is a major source of the district heating supply. However, work towards 4GDH could generally be initiated in a relatively similar way in Swedish district heating networks. Therefore, a general method for initiating a transition towards 4GDH was presented

Thermal energy storage (TES) systems are technologies with the potential to enhance the efficiency and the flexibility of the coming 4th generation low temperature district heating (LTDH). Their integration would enable the creation of smarter, more efficient networks, benefiting both the utilities and the end consumers. This study aims at developing a comparative assessment of TES systems, both latent and sensible heat based. First, a techno-economic analysis of several TES systems is conducted to evaluate their suitability to be integrated into LTDH. Then, potential scenarios of TES integration are proposed and analysed in a case study of an active LTDH network. This is complemented with a review of current DH legislation focused on the Swedish case, with the aim of taking into consideration the present situation, and changes that may support some technologies over others. The results of the analysis show that sensible heat storage is still preferred to latent heat when coupled with LTDH: the cost per kWh stored is still 15% higher, at least, for latent heat in systems below 5MWh of storage size; though, they require just half of the volume. However, it is expected that the cost of latent heat storage systems will decline in the future, making them more competitive. From a system perspective, the introduction of TES systems into the network results in an increase in flexibility leading to lower heat production costs by load shifting. It is achieved by running the production units with lower marginal heat production costs for longer periods and with higher efficiency, and thus reducing the operating hours of the other more expensive operating units during peak load conditions. In the case study, savings in the magnitude of 0.5k EUR/year are achieved through this operational strategy, with an investment cost of 2k EUR to purchase a water tank. These results may also be extended to the case when heat generation is replaced by renewable, intermittent energy sources; thus increasing profits, reducing fuel consumption, and consequently emissions. This study represents a step forward in the development of a more efficient DH system through the integration of TES, which will play a crucial role in future smart energy system. / Thermal energy storage (TES) eller Termisk energilagring är en teknologi med potentialen att öka effektivitet och flexibilitet i den kommande fjärde generationens fjärrvärme (LTDH). Studien har som mål att kartlägga en komparativ uppskattning av TES systemen, baserad både på latent och sensibel värme. Resultaten visar att lagring av sensibel värme är att föredra före latent värme när den kopplas med LTDH: pris per lagrade kWh kvarstår som 15% högre än för latent värme i system under 5 MWh av lagringsutrymme; dock fordrar de endast hälften av volymen. Utifrån systemperspektiv innebär introduktionen av TES system i nätverket en ökning av flexibilitet vilket leder till reducerade värmeproduktionskostnaderna i mindre belastning. I fallstudien nås en sparnivå av femhundra euro per år genom denna operativa strategi, med en investering av 2000 euro för inköp av vattentank. Resultaten kan också vidgas till en situation där värmeproduktionen ersätts av förnybara, intermittenta energikällor; till detta medföljer högre vinster, lägre bruk av bränsle vilket skulle innebära lägre utsläpp. Studien kan ses som ett steg framåt mot skapandet av en mer effektiv DH system genom integrationen av TES, vilket kommer att spela en betydande roll i framtida smarta energisystem.