Idag är klimatet och miljön omdebatterade ämnen som påverkar alla, människor, djur och natur. Människor i Sverige, men även nationellt, blir alltmer medvetna och engagerade angående ämnet och debatten. Skolstrejker och demonstrationer är två exempel på åtaganden som människor vidtagit. Även större krav inom hållbarhet ställs inom fastighetsbranschen vilket leder till att fastighetsägare måste vidta åtgärder för att fastigheterna ska uppfylla dessa krav. Dessutom finns det olika certifikat på byggnader vilket även motiverar fastighetsägare att vilja äga och förvalta gröna och miljöklassade byggnader. Det finns många olika åtaganden och tekniska lösningar som kan utnyttjas för att uppfylla kraven om hållbarhet som ställs inom fastighetsbranschen. Geoenergi är ett exempel på åtaganden som kan göras för att öka hållbarheten för en fastighet. Geoenergi är billigare och bättre för klimatet än fjärrvärme som redan är känt för att vara billigt och bra för miljön. Syftet med denna studie är att undersöka vad en geoenergianläggning på en fastighet, Münchenbryggeriet, har för påverkan på hyresgästerna och vilken ekonomisk effekt detta har på hyresvärden. För att ta reda på den ekonomiska effekten kommer det göras en jämförelse med en motsvarande fastighet, Mullbärsträdet 6, där fjärrvärme står för uppvärmningen. I rapporten kommer geoenergi att förklaras utförligt och dess inverkan på miljö och klimat men även teoretisk data kommer att redogöras. I rapporten har det gjorts en litteraturstudie där information och fakta redovisas. Litteraturstudien följs därefter upp med en undersökning som består av intervjuer. Respondenterna är hyresgäster i Münchenbryggeriet och Mullbärsträdet 6. Resultatet av undersökningen visar att hyresgästerna i Münchenbryggeriet, som värms upp med geoenergi, sitter i en byggnad där uppvärmningen är billigare än i en byggnad som drivs av fjärrvärme. Dessutom visar resultatet av undersökningen att hyresgästerna bara har positiva tankar om geoenergianläggningen och en positiv relation med hyresvärden. Slutligen visar resultatet att även om fjärrvärme är en billig uppvärmningskälla och bra för klimatet, liksom geoenergi, går det att se att en geoenergianläggning genererar andra nya aspekter som fjärrvärme inte kan ge. / Today, the climate and the environment are two controversial topics that affect everyone, humans, animals and nature. People in Sweden, but also nationally, are becoming increasingly aware and committed to the topic and the debate. School strikes and demonstrations for the climate are two examples of commitments made by people. The real estate sector is also making greater demands in terms of sustainability, which means that property owners have to take measures to ensure that their properties meet these requirements. In addition, there are various certificates for buildings, which also motivates property owners to want to own and manage green and environmentally rated buildings. There are many different commitments and technical solutions that can be used to meet the sustainability requirements of the real estate sector. Geoenergy is an example of a commitment that can be made to increase the sustainability of a property. Geothermal energy is cheaper and better for the climate than district heating, which is already known to be cheap and good for the environment. The purpose of this study is to investigate what impact a geoenergy installation on a property, the Münchenbryggeriet, has on the tenants and what economic effect this has on the landlord. To find out the economic effect, a comparison will be made with a similar property, Mullbärsträdet 6, where district heating is used. In the report, geoenergy will be explained in detail and its impact on the environment and climate, but also theoretical data will be presented. The report includes a literature study where information and facts are presented. The literature study is then followed up with a survey consisting of interviews. The respondents are tenants in Münchenbryggeriet and Mullbärsträdet 6. The results of the survey show that the tenants in Münchenbryggeriet, which is heated by geothermal energy, are in a building where heating is cheaper than in a building powered by district heating. Furthermore, the results of the survey show that the tenants have only positive thoughts about the geothermal installation and a positive relationship with the landlord. Finally, the results show that although district heating is a cheap source of heating and good for the climate, as well as geothermal energy, it can be seen that a geothermal installation generates other new aspects that district heating cannot provide.

Uppsala Kommun is developing a new city district called Sydöstra staden (SÖS) as an innovative and transformative city district. A technical supply system that aligns with the district’s goals is pyrolysis. Pyrolysis is a process where biomass is heated without the supply of oxygen. This leads to carbonization where the energy is converted to biochar and heated gas that can be used for district heating. The biochar, which is considered as a carbon sink, could be the path for the municipality to achieve their climate goals for 2050. The aim of this project is to investigate the viability of providing district heating to SÖS through pyrolysis. Three scenarios based on biomass assets of garden waste, manure, and wooden chips will be evaluated from four perspectives: climate impact, economic feasibility, district heating coverage, and placement considerations. The method is a model constructed in python that simulates how much heat and biochar that can be produced including an income statement and how the price of biochar relates to the return of investment. The biochar price and biomass flow are two parameters that are examined in the sensitivity analysis. The model enables comparisons between the outcomes of the pyrolysis process and the heat energy demands in SÖS, the biochar usage in Uppsala and the municipality’s CO2 emissions. The results show profitable reactor alternatives in all three scenarios even without selling CORCs. However, the profitability is heavily reliant on maximizing the utilization of burned biomass. Furthermore, the first two scenarios had a negligible climate impact while the most profitable reactor in scenario 3 had a large impact on the municipality’s climate goals. Also, the coverage of district heating has been evaluated due to the asset of biomass as well as placement requirements have been stated.

Machine learning algorithms can be used to predict the future demand for heat in buildings. This can be used as a decision basis by district heating plants when deciding an appropriate heat output for the plant. This project is based on an existing machine learning model that uses temperature data and the previous heat demand as input data. The model has to be able to make new predictions and display the results continuously in order to be useful for heating plant operators. In this project a program was developed that automatically collects input data, uses this data with the machine learning model and displays the predicted heat demand in a graph. One of the sources for input data does not always provide reliable data and in order to ensure that the program runs continuously and in a robust way, approximations of missing data have to be made. The result is a program that runs continuously but with some constraints on the input data. The input data needs to be able to provide some correct values within the last two days in order for the program run continuously. A comparison between calculated predictions and the actual measured heat demand showed that the predictions were in general higher than the actual values. Some possible causes and solutions were identified but are left for future work. / Maskininlärnings-algoritmer kan användas för att göra prediktioner på den framtida efterfrågan på värme i fastigheter. Detta kan användas som ett beslutsunderlag av fjärrvärmeverk för att avgöra en lämplig uteffekt. Detta projektarbete baseras på en befintlig maskininlärnings-modell som använder sig av temperaturdata och tidigare värmedata som inparametrar. Modellen måste kunna göra nya prediktioner och visa resultaten kontinuerligt för att vara användbar för driftpersonal på fjärrvärmeverk. I detta projekt utvecklades ett program som automatiskt samlar in inparameterdata, använder denna data i maskininlärnings-modellen och visar resultaten i en graf. En av källorna för inparameterdata ger inte alltid pålitlig data och för att garantera att programmet körs kontinuerligt och på ett robust vis så måste man approximera inkorrekt data. Resultatet är ett program som kör kontinuerligt men med några restriktioner på inparameterdatan. Inparameterdatan måste ha åtminstone några korrekta värden inom de senaste två dagarna för att programmet ska köras kontinuerligt. En jämförelse mellan beräknade prediktioner och den verkliga uppmätta efterfrågan på värme visade att prediktionerna generellt var högre än de verkliga värdena. Några möjliga orsaker och lösningar identifierades men lämnas till framtida arbeten.

The purpose of this project is to compare the two heating technologies, district heating and heat pumps. This report is written with the ultimate aim of supporting a private customer in the choice between two heating technologies. The report will analyse and compare the different heating technologies to provide heating to an average house in the Stockholm region, with a yearly energy need of 15 000 kWh for space heating. This report is divided into three parts – technology, economics and environment.In the technical part of the report, the efficiency levels of the different heating techniques will be analysed in conjunction with if the heat pump fulfils the house need of heating power. In the economic part of the report, cost estimations for an investment in both heating technologies are calculated, where the district heating system is assumed existing in the area. In the environmental part of the report, two subjects will be analysed: the climate impact and sustainable development. The climate impact will be analysed with a focus on the processing of fuel in a Combined Heat and Power system. The sustainable development analysis will focus on 20-20- 20-goals from the European Union. At the end of the report, the results are presented, together with a sensitivity analysis, a discussion, and a suggestion for future work.The results show that the selected heat pump model NIBE F2030-9 has a yearly energy need of 3800 kWh electrical energy, and a SCOP-factor of 3.69. The district heat system has a yearly energy need of 15 200 kWh district heating and 200 kWh electrical energy to the district heating central. The average yearly efficiency of the district heat central is 0.99 and the total efficiency amounts to 0.82. A yearly cost for heat pumps is 13 300 SEK, and for district heating 23 100 SEK. The yearly emission of carbon dioxide from heat pumps is calculated to vary between 100 kg and 1 300 kg depending on the selection of electricity supplier. For district heating the yearly emission of carbon dioxide is calculated to be 1 000 kg. / Denna rapport har som syfte att studera, jämföra och syna argumenten för två uppvärmningstekniker; fjärrvärme och värmepumpar. Detta för att kunna understödja och råda en privatkund vid valet. Jämförelsen och analysen kommer att ske för en medelstor villa i Stockholmsområdet, med ett årligt energibehov för uppvärmning på 15 000 kWh. Rapporten är uppdelad i tre delar - teknik, ekonomi och miljö.I den tekniska delen beräknas de olika uppvärmningsteknikernas energibehov, verkningsgrader och om värmepumpen uppfyller bostadens effektbehov. I den ekonomiska delen görs en kostnadskalkyl för nyinvestering av respektive uppvärmningsteknik, med ett fjärrvärmenät som antas vara redan utbyggt. I miljödelen behandlas två miljöfaktorer - klimatpåverkan och hållbar utveckling. Den första faktorn, klimatpåverkan, analyseras med fokus på bearbetningen av ett antal bränslen till el- och värmeproduktionssystemet. Den andra faktorn, hållbar utveckling, analyseras med fokus på hur aktörerna av fjärrvärme och värmepumpar jobbar för att uppnå EU:s 20-20-20-mål. I slutet av rapporten finns resultat inklusive känslighetsanalys, diskussion och förslag på framtida arbete.Resultatet visar att den utvalda värmepumpen NIBE F2030-9 har ett årligt energibehov på 3800 kWh i form av elenergi och en årsvärmefaktor, även kallad SCOP-faktor på 3,69. Fjärrvärmesystemet har i sin tur ett årligt energibehov på 15 200 kWh fjärrvärme för uppvärmning och 200 kWh elenergi till fjärrvärmecentralen. Den årliga medelverkningsgraden för fjärrvärmecentralen uppgår till 0,99 samtidigt som totalverkningsgraden uppgår till 0,82. En total årlig kostnad är för värmepump 13 300 SEK och för fjärrvärme 23 100 SEK. Det årliga utsläppet av koldioxid för värmepumpar beräknas variera mellan 100 kg och 1 300 kg beroende av val av elavtal, och för fjärrvärme beräknas det till 1000 kg.

The Paris Agreement on climate change entered into force in 2016 and has been ratified by 193 of the 197 Parties to-date, followed by country targets to cut greenhouse gas emissions, not least through an increasing penetration of renewable energy sources. In its 2021 annual World Energy Outlook, the IEA envisages a Net-Zero Emissions by 2050 scenario (NZE) in which renewables as a percentage of total energy supply increase from around 10% in 2020 to over 65% in 2050 and is reflected by a similar change in the percentage of variable renewables in total generation, thereby increasing the need for system flexibility. Thermal grids are a significant supplier of heat to buildings in Europe, Russia and China, providing 45 % of heat in some European countries. One of the advantages of district heating is its ability to consume multiple fuel sources, including electricity. Technologies for converting heat back to electricity mean that, in theory, district heating can adjust both the consumption of electricity, and potentially supply electricity, to provide short-term flexibility and ancillary services to the power grid, and thus may help to meet future system flexibility needs. This thesis describes the results of literature reviews and a techno-economic study to determine and quantify the potential for thermal grids to address future system flexibility needs, through possible contributions to the electricity balancing market or provision of ancillary services. These studies focus on the potential use of heat-to-power technologies in thermal grids; on identifying and quantifying short term heat storage options that can be used for increased flexibility in thermal grids; and whether the use of this flexibility could contribute to reduced curtailment of renewable electricity sources, leading to avoided emissions.  The results show that most thermal grids have multiple options for the storage of heat, with storage capacity already available that could potentially be used to provide additional flexibility. Stored heat may be converted to electricity with commercially available heat-to-power technologies, although economic feasibility may still be limited. It is shown that if storage flexibility is used to reduce the curtailment of renewable energy sources at a country scale through power-to-heat technology, this storage flexibility can lead to megatonnes of avoided CO₂eq emissions.

The global demand for heat as the primary source of final energy underscores the urgency of decarbonizing the heating sector to foster sustainability. Heat pumps are crucial in achieving sustainability, particularly in district heating applications, offering efficient centralized heating solutions. However, certain refrigerants used in heat pumps have environmental implications, prompting the European Union to introduce the F-Gas Regulation and PFAS Ban proposal to phase out harmful options. This study focuses on performance analyses of natural and synthetic refrigerant options applicable to heat pump systems with a heating capacity of 10 MW and above in district heating applications. Comparative evaluations were conducted under five distinct boundary conditions, using R134a as the current refrigerant. Moreover, to understand performance variations caused by seasonal temperature changes, additional general boundary conditions were introduced for further comparison. The research demonstrates that R717(Ammonia) performs best among the tested refrigerants, followed by R600a and R152a, with commendable results. However, performance alone is insufficient for refrigerant selection. Safety analysis revealed that despite its high performance, ammonia may not be a suitable choice due to its toxic nature. Thus, when considering performance, technological compatibility, and safety aspects, R152 or R600a refrigerants emerge as more appropriate options for these applications. The study highlights the importance of identifying environmentally friendly and efficient refrigerants for heat pump systems in district heating applications. By considering various performance scenarios and safety considerations, decision-makers can make informed choices to decarbonize the heating sector effectively, contributing to a more sustainable and eco-friendly world. / Den globala efterfrågan på värme som den primära källan till slutlig energi understryker vikten av att ta bort koldioxid från värmesektorn för att främja hållbarhet. Värmepumpar är avgörande för att uppnå hållbarhet, särskilt i fjärrvärmeapplikationer, och erbjuder effektiva centraliserade värmelösningar. Vissa köldmedier som används i värmepumpar har dock miljökonsekvenser, vilket får EU att införa F-gasförordningen och PFAS-förbudsförslaget för att fasa ut skadliga alternativ. Denna studie fokuserar på prestandaanalyser av naturliga och syntetiska köldmediealternativ som är tillämpliga på värmepumpsystem med en värmekapacitet på 10 MW och mer i fjärrvärmeapplikationer. Jämförande utvärderingar utfördes under fem distinkta gränsförhållanden, med användning av R134a som aktuellt köldmedium. Dessutom, för att förstå prestandavariationer orsakade av säsongsbetonade temperaturförändringar, introducerades ytterligare allmänna randvillkor för ytterligare jämförelse. Forskningen visar att R717 (Ammoniak) presterar bäst bland de testade köldmedierna, följt av R600a och R152a, med lovvärda resultat. Enbart prestanda är dock otillräcklig för val av köldmedium. Säkerhetsanalys visade att trots dess höga prestanda kanske ammoniak inte är ett lämpligt val på grund av dess giftiga natur. Sålunda, när man överväger prestanda, teknisk kompatibilitet och säkerhetsaspekter, framstår R152 eller R600a som mer lämpliga alternativ för dessa applikationer. Studien belyser vikten av att identifiera miljövänliga och effektiva köldmedier för värmepumpsystem i fjärrvärmeapplikationer. Genom att överväga olika prestationsscenarier och säkerhetsöverväganden kan beslutsfattare göra välgrundade val för att minska koldioxidutsläppen från värmesektorn på ett effektivt sätt, vilket bidrar till en mer hållbar och miljövänlig värld.

Global energy consumption has been increasing continuously every year. Many energy sources are utilized. Conventional fossil fuels are not sustainable, and their environmental impacts are more apparent than ever before. For heating purposes, most of the heat still comes from combustion of both non-renewable and renewable energy sources. According to IEA (2019), only 10% of heat supply in industrial sectors and buildings comes from renewable sources. Hence, 40% of the carbon emission in the energy sector comes from heat. Therefore, shifting from non-renewable to renewable energy sources is essential in reducing the environmental impact from heat production. Sweden has a long tradition of solar thermal in district heating for cities. Therefore, this study tried to look at the application of solar thermal energy for heat production to supply the District Heating (DH) system and compare its environmental performance to other types of energy sources. The system that was examined in this study is the solar thermal collector field from Absolicon in Härnösand. A Life Cycle Assessment (LCA) was conducted to evaluate the life cycle environmental impacts of this solar collector field. The assessment was done by collecting primary data provided by Absolicon and its suppliers and secondary data from the literatures. The results showed that Absolicon solar thermal collector field generated less overall environmental impacts than conventional energy sources in heat production. Moreover, the result for carbon footprint of the solar collector is 4.4 kg CO2/MWh, which is at least 3-4 times less lifetime emissions when compared to other solar energy technologies. / Den globala energiförbrukningen har ökat kontinuerligt varje år. Många energikällor används. Konventionella fossila bränslen är inte hållbara och deras miljöpåverkan är mer påtaglig än någonsin tidigare. För uppvärmningsändamål kommer det mesta av värmen fortfarande från förbränning av både icke-förnybara och förnybara energikällor. Enligt IEA (2019) kommer endast 10 % av värmeförsörjningen i industrisektorer och byggnader från förnybara källor. Därför kommer 40 % av koldioxidutsläppen i energisektorn från värme. Därför är en övergång från icke-förnybara till förnybara energikällor väsentligt för att minska miljöpåverkan från värmeproduktion. Sverige har en lång tradition av solvärme inom fjärrvärme för städer. Därför försökte denna studie titta på tillämpningen av solvärmeenergi för värmeproduktion för att försörja fjärrvärmesystemet (DH) och jämföra dess miljöprestanda med andra typer av energikällor. Systemet som undersöktes i denna studie är solfångarfältet från Absolicon i Härnösand. En livscykelanalys (LCA) genomfördes för att utvärdera livscykelns miljöpåverkan av detta solfångarfält. Bedömningen gjordes genom att samla in primärdata från Absolicon och dess leverantörer och sekundärdata från litteraturen. Resultaten visade att Absolicon solfångarfält genererade mindre total miljöpåverkan än konventionella energikällor vid värmeproduktion. Dessutom är resultatet för solfångarens koldioxidavtryck 4,4E kg CO2/MWhvilket är minst 3-4 gånger mindre livstidsutsläpp jämfört med andra solenergitekniker.

The European Union’s ambitious climate targets necessitate substantial reductions in greenhouse gas emissions, particularly within the heating and cooling sector, which accounts for a significant portion of energy consumption. District Heating and Cooling (DHC) systems emerge as a key solution for decarbonizing this sector by enabling high efficiency heat production and the integration of renewable and carbon-neutral energy sources. Despite the potential inherent in DHC systems, their utilization is limited, partly due to challenges associated with network topology selection. This master’s thesis addresses the optimization of District Heating Network layout expansion while tackling these challenges. Situated within the framework of an European funded project coordinated by EIFER, the research aims to develop an algorithm for modeling and planning the expansion of DHN networks, considering geographical location of pipes and heat production and consumption nodes. Building upon the Automatic Network Drawing Algorithm (ANDA) tool provided by EIFER, the project seeks to enhance it to generate expansion scenarios incorporating loops, a feature critical for network robustness absent in the current output. The tool pandapipes is used for fluid system modeling, effectively modelinghydraulics and heat through network elements such as heat producer, substationsand pipes. The algorithm’s core feature is to strategically determine optimallocations along initial tree-like network expansions to incorporate loops. Variousheuristic approaches are tested to identify the most efficient expansion strategies,subsequently adding new lines to minimize total costs, encompassing both capitaland operational expenses. Real-world data from a District Heating Network inMilan validate the algorithm’s capabilities. / Europeiska unionens ambitiösa klimatmål kräver avsevärda minskningar av utsläppen av växthusgaser, särskilt inom värme- och kylsektorn, som står för en betydande del av energiförbrukningen. Fjärrvärme- och fjärrkylasystem (DHC) framstår som en nyckellösning för att minska koldioxidutsläppen i denna sektor genom att möjliggöra högeffektiv värmeproduktion och integrering av förnybara och koldioxidneutrala energikällor. Trots potentialen som finns i DHC-system är deras användning begränsad, delvis på grund av utmaningar i samband med val av nätverkstopologi. Denna masteruppsats behandlar optimering av utbyggnaden av fjärrvärmenätets layout samtidigt som man tacklar dessa utmaningar. Beläget inom ramen för ett europeiskt finansierat projekt koordinerat av EIFER, syftar forskningen till att utveckla en algoritm för modellering och planering av utbyggnaden av DHN-nät, med hänsyn till den geografiska placeringen av rör och värmeproduktions- och förbrukningsnoder. Med utgångspunkt i verktyget Automatic Network Drawing Algorithm (ANDA) från EIFER, försöker projektet förbättra det för att generera expansionsscenarier med slingor, en funktion som är avgörande för nätverkets robusthet som saknas i den aktuella utgången. Verktyget pandapipes används för modellering av vätskesystem, effektiv modellering av hydraulik och värme genom nätverkselement som värmeproducent, transformatorstationer och rör. Algoritmens kärnfunktion är att strategiskt bestämma optimala platser längs initiala trädliknande nätverksutbyggnader för att införliva slingor. Olika heuristiska tillvägagångssätt testas för att identifiera de mest effektiva expansionsstrategierna, och sedan läggas till nya linjer för att minimera de totala kostnaderna, som omfattar både kapital- och driftskostnader. Verkliga data från ett fjärrvärmenätverk i Milano validerar algoritmens kapacitet.

Ökad mänsklig aktivitet och global folkmängd har lett till ökat energibehov där största andelen av energin är från fossila bränslen. Vätgas ses som en effektiv energibärare som kan produceras med förnyelsebara resurser och ersätta fossila bränslen. Vätgas producerad med förnyelsebara resurser är dock fortfarande dyrt jämfört med produktion från fossila bränslen.Det finns få tidigare studier som har studerat utnyttjandet av spillvärme från vätgasanläggningar och vilken påverkan det kan ha på den ekonomiska lönsamheten.Den här studien som sker i samarbete med Research Institutes of Sweden (RISE), syftar till attoptimera en vätgasanläggning, med ett på förhand definierat vätgasbehov, utifrån ett ekonomiskt perspektiv och se om en sektorkoppling till ett fjärrvärmenät kan förbättra det ekonomiska resultatet. Sektorkoppling innebär i den här studien att spillvärme skickas från vätgasanläggningen in till fjärrvärmenätet. Systemet som studeras består utav en elektrolysör, en bränslecell och ett vätgaslager. Systemet är beskrivet så att i första hand producera en förutbestämd mängd vätgas som ska användas till fordonsbränsle. Därutöver kan systemet utnyttjas för elenergilagring via vätgaslagring, om det visar sig ekonomiskt fördelaktigt. Målen är att optimera fram ett pris för vad vätgasen behöver kosta för att anläggningen ska nå break-even, dimensionera elektrolys, vätgaslager och bränslecell utefter optimal drift ochstudera vad som påverkar den optimala driften av anläggningen.Metoden som används för att optimera vätgasanläggningen är linjärprogrammering i programmet MATLAB. I optimeringen ska den lägsta möjliga nettokostnaden (eventuella högsta nettointäkten) för systemet beräknas. Alla kostnader och intäkter beskrivas linjärt, sedan definieras alla variabler som påverkar kostnader och intäkter. Variablerna kommer i sin tur att bero på villkor, samt linjära likheter och olikheter som begränsar hur små eller stora värden de får anta för att påverka resultatet. Optimeringen sker över en tidsperiod på 1 år och med tidssteget två timmar. Historiskt elpris för 2021 SE3 användes i studien. Variationen i elpriset är svår att mäta, därför skapades även ett eget elpris som inte är så komplext för att närmare kunna studera variationens påverkan.Resultaten visar att vätgasen ska säljas för ungefär 36,6 kr/kg för att nå break-even när priset optimeras och spillvärmen inte utnyttjas. Utnyttjandet av spillvärme kan sänka priset med 1,6 - 2,5 kr/kg beroende på om spillvärmen utnyttjas delar av eller hela året. Elektrolysör och vätgaslager bör dimensioneras beroende på ett fördefinierat vätgasbehov, enligt dimensionsfaktorerna 4,9 [MW/(ton vätgas/dag)] respektive 1,4 [ton/(ton vätgas/dag)].Värmeeffekten som kan utnyttjas från vätgasanläggningen kan dimensioneras beroende på ett fördefinierat vätgasbehov, enligt dimensionsfaktorn 0,9 [MW/(ton vätgas/dag)]. Resultatet visar trender på att elpriset påverkar storleken på elektrolysör, vätgaslager och även vilka timmar som elektrolysen är aktiv. Att dimensionera anläggningen som funktion av elpriset har visat sig vara en komplex fråga, och fler studier behövs inom det området. En trend visar att utnyttjandet av spillvärme har en mindre påverkan på vätgaspriset vid högre verkningsgrad på elektrolysen, och ökad påverkan vid lägre verkningsgrad. Spillvärme som ersätter värme från fjärrvärmepanna minskar utsläppen med ungefär 38 kg CO2e/MWh beror på fjärrvärmeproducentens befintliga pannor/bränslen. För investerarna betyder resultaten en riktlinje för priset på vätgasen, uppskattad dimensionering av anläggningen, att det i praktiken aldrig är lönsamt med bränslecell och en inblick i det ekonomiska värdet av spillvärmen. För fjärrvärmebolaget betyder resultaten minskade utsläpp av koldioxidekvivalenter, en extravärmekälla och möjligen minskade kostnader. För energisystemet i stort betyder resultaten att den höga variationen på elpriset kan utnyttjas för att producera vätgas, att det gröna vätgaspriset kan sjunka från dagens nivåer och att spillvärmen kan bidra till ett effektivare energisystem. / Increased human activity and global population have led to an increased energy demand, with most of the energy coming from fossil fuels. Hydrogen is seen as an efficient energy carrier that can be produced using renewable resources and replace fossil fuels. However, hydrogen produced from renewable resources is still expensive compared to production from fossil fuels. There have been few previous studies that have examined the utilization of waste heat from hydrogen facilities and the impact it can have on economic profitability.This study, conducted in collaboration with Research Institutes of Sweden (RISE), aims to optimize a hydrogen production facility, with a predefined hydrogen demand, from an economic perspective and assess whether a sector coupling to a district heating network can improve the economic outcome. In this study, sector coupling means that waste heat is sent from the hydrogen facility to the district heating network. The hydrogen plant consists of an electrolyzer, a fuel cell, and a hydrogen storage. The system is designed to primarily produce a predetermined amount of hydrogen to be used as vehicle fuel. Additionally, the system can be used for electrical energy storage through hydrogen storage if it proves to be economically advantageous. The objectives are to optimize the price at which hydrogen needs to be sold for the facility to break even, sizing the electrolyzer, hydrogen storage, and fuel cell based on optimal operation, and study the factors that affect the optimal operation of the facility.The method used to optimize the hydrogen facility is linear programming in the MATLAB program. The optimization aims to calculate the lowest possible net cost (or highest net income) for the system. All costs and revenues are described linearly, and then all variables that affect costs and revenues are defined. These variables, in turn, depend on conditions as well as linear equalities and inequalities that restrict the values, they can take to influence the result. The optimization is carried out over a period of 1 year with a time step of two hours. Historical electricity prices for 2021 SE3 were used in the study. The variation in electricity prices is difficult to measure, so a simplified electricity price was also created to study the impact of the variation more closely.The results show that the hydrogen should be sold for approximately 36.6 SEK/kg to break even when the price is optimized, and waste heat is not utilized. The utilization of waste heat can reduce the price by 1.6-2.5 SEK/kg depending on whether the waste heat is utilized for parts or the entirety of the year. The electrolyzer and hydrogen storage should be dimensioned based on a predefined hydrogen demand, according to the factors of 4.9 MW/(ton of hydrogen/day) and 1.4 ton/(ton of hydrogen/day), respectively. The heat output that can be utilized from the hydrogen facility can be dimensioned based on a predefined hydrogen demand, according to the factor of 0.9 MW/(ton of hydrogen/day). The results show trends indicating that the electricity price affects the size of the electrolyzer, hydrogen storage, andthe hours during which the electrolyzer is active. Dimensioning the facility as a function of the electricity price has proven to be a complex question, and further studies are needed in that area. One trend indicates that the utilization of waste heat has a smaller impact on the hydrogen price at higher electrolyzer efficiency and a greater impact at lower efficiency. Waste heat that replaces heat from a district heating boiler reduces emissions by approximately 38 kg CO2e/MWh, depending on the existing boilers/fuels of the district heating producer. For investors, the results provide guidelines for the price of hydrogen, estimated dimensioning of the facility, the practical non-profitability of fuel cells, and insights into the economic value of waste heat. For the district heating company, the results mean reduced emissions of carbon dioxide equivalents, an additional heat source, and possibly reduced costs For the Swedish energy system, the results imply that the high variation in electricity prices can be utilized to produce hydrogen, leading to a potential decrease in the price of green hydrogen compared to current levels. Additionally, the utilization of waste heat can contribute to a more efficient energy system. / HyCoGen

5th generation district heating and cooling is a novel approach to district heating and cooling networks. Instead of a centralized energy supply, the technology relies on multiple building-level energy centers, equipped with heat pumps and chillers. The energy centers are connected to a low-temperature district energy network which allows for energy exchange by rejecting the waste heat and coolth produced by the chillers and heat pumps. A growing interest in 5th generation district heating and cooling has spurred new research on the topic but there are still many unanswered questions regarding the viability of the concept, both from a technical and economical perspective. This thesis aims to increase the understanding of these types of networks by creating a simple model that can be used to evaluate the performance of a potential 5th generation district heating and cooling network, based primarily on the hourly heating and cooling demand of different building types. The model was implemented on 2 theoretical building clusters located in Bristol, UK. Cluster 1 was made up of offices, retail establishments, and hotels while cluster 2 consisted of residential buildings, hospitals, and data centers. The network was modelled after a 2-pipe closed loop system. Cluster 2 was able to limit the ratio of external heat and coolth addition to the system to 30% while cluster 1 required 53%. The low-temperature network enabled the connected heat pumps to reach a seasonal coefficient of performance of 3.4 for both clusters. The cooling equipment (free cooling heat exchanger and chiller) managed to reach a seasonal coefficient of performance of 17 in the case of cluster 1 and 18.2 for cluster 2. Distribution losses in the network amounted to about 3.2% for the warm pipe while the cold pipe gained 1.4% of coolth from the ambient. The results of the simulations indicate that the seasonality of the heating and cooling demand is one of the main factors to account for when designing a 5th generation district heating and cooling network. Highly seasonal heating and cooling demands lead to less possibilities for energy exchange on the network and will thus require more energy addition or increased energy storage capacity. The findings of this thesis seem to suggest that the advantages of 5th generation district heating and cooling networks are highly dependent on the demand profile of the connected buildings. Future research should aim to establish under what conditions these networks are economically viable. This will depend on several factors but arguably the most important ones are the amount of energy required to balance the network, cost of decentralized substations, and availability of cheap low-temperature heat and seasonal storage.