L’utilisation d'énergie en milieu urbain est essentielle pour le bon fonctionnement de notre société, en particulier pour les besoins de chauffage qui est un élément central de notre système énergétique souvent considéré comme allant de soi. Dans ce cadre, les systèmes énergétiques urbains et en particulier les réseaux de chaleur urbains ont besoin d’évoluer pour s'adapter à la transition à venir vers un système énergétique durable. Ce travail de recherche a pour objectif de présenter, de discuter et d’évaluer, du point de vue technico-économique, le concept de micro-réseaux de chaleur urbains basse température comme réseaux secondaires de distribution de chaleur actifs. Dans cette thèse, une approche méthodologique mixte basée sur la simulation analytique pour l'évaluation des alternatives est développée et discutée pour étudier une combinaison de technologies associées aux sous-stations basse température. Les principaux résultats de ce travail couvrent : le développement d’un modèle amélioré de charges thermiques agrégées ; la comparaison des performances des réseaux basse température ; l’analyse des avantages et des inconvénients des sous-stations actives couplées à des sources de chaleur ou du stockage distribuées ; et les effets d’une température de retour du réseau primaire plus basse. Les conclusions révèlent que la conception et le fonctionnement intégrés du micro-réseau de chaleur urbain actif ont le potentiel d'améliorer les performances de l'ensemble du système, afin de relever ses défis d'une manière efficace et rentable. Ce travail fait progresser les connaissances actuelles sur le chauffage urbain en identifiant les synergies et les enjeux associés, en vue de que ces technologies jouent un rôle clé dans le futur système énergétique intelligent et durable. / Energy use in the urban environment is vital for the proper functioning of our society, and in particular, comfort heating –and cooling– is a central element of our energy system that is often taken for granted. Within this context, district energy systems and especially, district heating (DH) systems must evolve to adapt to the upcoming decades-long transition towards a sustainable energy system. This dissertation seeks to introduce, discuss, and asses from a techno-economic perspective, the concept of low-temperature based thermal micro-grids (subnets) as active distribution thermal networks. For this purpose, a mixed methodological approach based on analytical simulation for the assessment of alternatives is developed and discussed to evaluate a set of technologies. Key findings of this research include: an updated and improved model of aggregated heat loads; the identification of differences in load and temperature patterns for certain LT subnets; the analysis of benefits and drawbacks of active substations with distributed heat sources and/or storage; and the impact of the reduction of the primary network return temperature, which leads to lower generation & operating costs. These outcomes reveal that the integrated design and operation of the active thermal micro-grid have the potential to improve the performance of the entire system, to address the matter of providing comfort heating in an effective and cost-efficient manner. This work advances the current DH knowledge by identifying synergies and challenges that arise with these new developments, in order for DH to play a key role in the future smart and sustainable energy system.

För att pådriva utvecklingen mot ett mer hållbart Gävle kommer Gävle Energi AB implementera en ny säsongsbaserad kapacitetsmodell ifrån årsskiftet 2019. Som ska skapa ekonomiska incitament för energieffektivisering i fastigheter inom Gävles fjärrvärmenät. Denna studie kartlägger värmeenergianvändningen i en fastighet som riskerar en förhöjd totalkostnad för fjärrvärmen till följd av den nya prismodellen. Målet med studien är att reducera värmeenergianvändningen utan att investera i fastigheten, vilket möjliggörs genom att värmeenergitillförseln till fastigheten regleras. Genom att programmera ett års historisk data av temperaturer, solinstrålning, el- och värmeeffekter så prognostiseras värmetillförseln på samma sätt som fastighetens styrsystem Kabona Eco-pilot. Styrsystemet tillämpar en flytande inomhustemperatur vilket bidrar till att fastighetens värmetröghet inkluderas i värmeregleringen. Studien inkluderar två prognoser som jämförs med den verkliga värmeenergianvändningen och den nya kapacitetsprismodellen. Prognos 1 är baserad på en årscykel och prognos 2 baseras på intervallet november 2017 till mars 2018. Syftet med prognos 2 är att tillämpa en strategisk värmelaststyrning för att sänka värmekapacitetsbehovet vid -10˚C. Prognos 1 indikerar att en värmeenergibesparing på 26% kan uppnås. Prognosen tar hänsyn till solinstrålning och vissa delar utav den interna värmegenereringen. Utan att Diös fastigheter AB investerat i några energibesparingsåtgärder prognostiseras en besparing på 44 700SEK under ett års drift. Fastigheten har idag energiprestanda energiklass D och kommer efter besparingen att kunna uppnå energiklass C. Prognos 2 indikerar att en kapacitetsreducering kan uppnås motsvarande 46,1% samtidigt som den rörliga värmeenergianvändningen minskar. Totalt sett finns en besparingspotential på 47,8% och 216 700 SEK under perioden 2017-11-01 till 2018-03-31, dock med följd att inomhustemperaturen sjunker. / In order to continue the development towards a more sustainable city of Gävle, Gävle Energi AB will implement a new season-based capacity model by the year 2019. It creates economic incentives for energy efficiency in real estate’s within Gävle's district heating network. This report investigates how the heat energy is used for a building that risks an increased heat energy cost, due to the new pricing model. The aim of the study is to reduce the heat energy usage without investing in the building, which is made possible by regulating the thermal energy supply to the building. By programming one year of historical data of temperatures, solar radiation, power- and heat effects the heat supply is forecasted the same way as the building's control system Kabona Eco-pilot is working. The control system applies a floating indoor temperature, which contribute that the thermal inertia of the building is included in the heat load control. The study includes two forecasts that are compared to the actual heat energy use and the new capacity price model. Forecast 1 is based on an annual cycle and forecast 2 is based on the range of November 2017 to Mars 2018. The aim of forecast 2 is to apply a strategic heat load control to reduce the heat capacity needed at -10˚C. Forecast 1 indicates a potential heat energy saving of 26% even though Diös Fastigheter AB does not invest in any energy saving technology. A saving of approximately 44 700 SEK is forecasted for the annual cycle. The building has an energy class D and has the potential to achieve energy class C after the change of control system parameters. Forecast 2 indicates a potential capacity reduction corresponding to 46,1% while the variable heat energy consumption decreases. Overall, there is an approximated heat energy saving potential of 47,8%, which corresponds to 216 700 SEK, during the range of 2017-11-01 to 2018-03-31. Due to the consequence of a lower indoor temperature.

A l'heure actuelle, l'industrie représente environ le tiers de la consommation énergétique et des émissions de CO2. Des opportunités substantielles existent pour faire face aux enjeux environnementaux et économiques, passant par l'efficacité énergétique en général et l'utilisation de l'énergie, en particulier dans les parcs industriels. Les Systèmes à Energie Distribuée (SED) correspondent en ce sens à une solution courante et prometteuse. Nous avons donc entrepris une démarche d'approche globale de site, incluant l'agrégation de l'ensemble des variables énergétiques, économiques, environnementales et managériales influentes dans une installation de ce type. Une mise en application sur une installation pilote et sa validation ont permis d'identifier les verrous scientifiques et techniques et de mesurer pertinence et efficacité des éléments et modes opératoires des systèmes en mode stationnaire. Cette étude offre une méthode d'utilisation coopérative des indicateurs des domaines impactés et ouvre également des perspectives sur des développements en mode dynamique à des fins d'aide à la conduite optimale. / Nowadays, industry accounts for about one third of energy consumption and CO2 emissions. Substantial opportunities exist to address environmental and economic challenges, including energy efficiency in general and the use of energy, especially in industrial parks. Distributed Energy Systems (DES) correspond in this sense to a common and promising solution. We have therefore undertaken a global site approach, including the aggregation of all influential energy, economic, environmental and managerial variables in an installation of this type. Implementation on a pilot plant and its validation have made it possible to identify the scientific and technical locks and to measure the relevance and efficiency of the elements and stationary operating modes of the systems. This study offers a method of cooperative use of the indicators of impacted domains and also opens perspectives on developments in dynamic mode for the purposes of optimum driving assistance.

The purpose of this thesis is to simulate different scenarios where all vehicles are replaced by electric vehicles in the future.   An addition of electric vehicles to the electric grid is not easy to handle, especially not if the consumers choose to charge their vehicles with higher power. As can be seen in the results of this report, flexible demand through power management is a good option to reduce overall power consumption. Of course, customers will have to agree to that their consumption is controlled in this manner.   Using solar cells during the summer works well, but it’s harder wintertime as the largest electric demands arise during the night, when there is close to no sunlight. However, in the case of batteries, they may be helpful. Possibly by letting the solar cells charge the battery during the day and then use it to help charge the electric vehicle during the night. Unfortunately, it was not possible to include this scenario as the used software was unable to handle batteries in that way.   By completely replacing the heat source, in this case with district heating, and thus releasing available power in the transformer, turned out to be the best option. In this way, virtually all predicted amounts of electric cars could be charged with optional charging strength between 3.7 and 11 kW.   As for the T422 transformer, there is no choice but to replace it if a larger number of electric vehicles wants to start charging there. At present, it can handle a maximum of 10-20 electric vehicles that charge at the lowest power as there is only about 50 kW available there winter time. District heating cannot be applied either as the connected customers do not use electric heating. / Detta arbete har till syfte att simulera olika scenarier i ett område där samtliga fordon ersätts av elbilar i framtiden.   En tillkomst av elbilar i elnätet är inte lätt att hantera, speciellt inte om kunderna i nätet väljer att ladda med högre effekt. Vilket kan ses i resultatet i denna rapport, är flexibel förbrukning genom effektstyrning ett bra alternativ för att sänka den totala effektförbrukningen. Fast det gäller då givetvis att kunderna går med på att förbrukningen styrs på detta sätt.   Att använda solceller fungerar bra sommartid, men vintertid är det värre, då det största elbehovet uppstår på natten, när det inte är lika stor solljustillgång. I samband med batterier kan de dock vara till hjälp. Möjligen genom att låta solcellerna ladda upp batteriet under dagen och sedan använda det för att hjälpa till att ladda elbilen under natten. Dessvärre var det inte möjligt att simulera detta scenario på grund av brister i mjukvaran som användes.   Att helt ersätta värmekällan, i detta fall med fjärrvärme, och därmed frigöra effekt i transformatorn visade sig däremot vara det bästa alternativet. På så sätt kunde i stort sett samtliga mängder elbilar laddas med valfri laddningsstyrka mellan 3,7 och 11 kW.   Vad gäller transformator T422, ses inget annat val än att byta ut den om ett flertal elbilar ska börja ladda där. I nuläget klarar den av högst 10-20 elbilar som laddar på lägsta effekt eftersom det endast finns ca 50 kV tillgängligt vintertid. Fjärrvärme kan inte användas där heller som komplement då de tillkopplade kunderna inte använder elektrisk uppvärmning.

EUs direktiv för energiprestanda innebär att alla nya byggnader från och med 2021 ska vara nära-nollenergibyggnader. De stundande kraven innebär att beställare måste skärpa sina energikrav vid upphandling av flerbostadshus. Vidare spelar lågenergibyggnader som koncept en viktig roll för att nå hållbar utveckling och det är av högsta vikt att kommande byggprojekt blir effektiva både i byggprocess och vidare i driftskedet.  Nybyggnation av lågenergibyggnader har visat sig problematisk i många aspekter, där den uppmätta energianvändningen i många fall visat sig väsentligt högre än vad som projekterats. I och med den ny byggpraxis med bättre isolation, lufttäthet och ventilation med återvinning blir tappvarmvatten och hushållsel de största energiposterna i en byggnads energibalans.  Syftet med arbetet är att konkretisera problemen som finns för nyproducerade flerbostadshus med energikrav för lågenergibyggnader. Utifrån det har fokus lagts på två byggnader som AB Bostäder låtit bygga – båda projekterade för att uppnå lågenergikrav.  Likt befarat visar Examensarbetet att det är svårt att härleda problemet till specifika poster. Byggprocessen i sig kan vara en bidragande faktor, där tidsbrist, bristfällig kommunikation och okunskap kring ny byggpraxis är förekommande i en bransch som har svårt att hinna med den efterfrågade volymen av nybyggnation. Vad gäller specifika felkällor till försämrad energiprestanda stödjer vår rapport tidigare publicerade rapporter i ämnet där bristfällig indata vid energiberäkningar, byggprocessens inverkan, oaktsamhet av VVC-förluster och betydelsen av brukare har belysts. / The energy performance of buildings directive means that all new buildings must be nearly zero energy buildings by 31 December 2020. The current requirements mean that constructor companies must tighten their energy requirements when procuring multi-family houses. Lowenergy buildings as concepts play an important role in achieving sustainable development, and it is of the utmost importance that future construction projects become effective both in the construction process and on further operation.  New construction of low-energy buildings has proved to be quite problematic in many aspects, where the measured energy performance in many cases proved to be significantly higher than projected. With the new building practice with better insulation, air tightness and ventilation with recycling – hot water supply and household appliances become the largest energy posts in a building's energy balance.  The purpose of this master thesis is to concretize the problems that exist for newly produced multi-family houses with energy requirements for low-energy buildings. Based on this, focus has been on two building that AB Bostäder Borås recently has built – both built to achieve low energy requirements.  As expected, this master thesis shows the difficulty to deduce the problem to specific aspects. The construction process itself may be the source of error, where time shortages, inadequate communication and lack of knowledge concerning low energy buildings are present in an industry with difficulties catching up with the demanded volume of new construction. Regarding specific sources of vulnerability to energy performance, our report supports previously published reports where the lack of input data for energy calculations, the impact of the construction process, negligence of losses due to recirculation of hot water and the importance of user behaviour have been highlighted.

Climate change and energy efficiency has become a matter of concern in recent times; therefore, energy efficiency of buildings has drawn major attention. According to the European Commission, EU countries must improve energy efficiency of existing buildings by retrofitting and renovating the buildings. A case study of a renovated commercial building is considered in this degree project. A model of the building is developed in the IDA Indoor Climate and Energy (IDA ICE) software. The model is then augmented to include renovations in the building. Further, the model is simulated in IDA ICE before and after renovations to investigate the impact of renovations on energy consumption of the building for one year. The simulation results indicate peak demands of district heating that occur in the coldest days of the year. The peak demands of energy are expected to increase the district heating cost because they serve as a basis for new pricing model introduced by the energy providers. Hence, it is important from the customer point of view to reduce the peak loads for cost shavings. The project work also provides an insight into the alternative source of energy such as heat pumps to reduce the peak load demands of district heating.

Detta arbete har utförts på uppdrag givet av Sundsvall Energi AB med syftet att skapa en koppling mellan Sundsvall Energi AB:s ackumulator i Granloholm och stadsnätet med temperatur- och därmed volymbas, samt använda denna koppling för att få en bättre förståelse för deras läckage. Under Projektets gång genomfördes en litteraturstudie och en undersökning av företagets nuvarande system, för att få en förståelse över systemet och uppdraget. Avsaknaden av liknande arbeten tvingade mig att titta på läckage detektionsmetoder som var relevanta även fast de inte hanterade samma område helt och hållet. Handledarna och personal på plats hjälpte däremot till med att få fram den information som efterfrågades samt gav råd och tips om aspekter angående uppdraget som inte hade tagits i betänkande tidigare. Modellen utvecklades fram bit för bit under arbetes period, då inget annat arbete hittades som kunde ge någon riktig ram för arbetet. Modellen har visat sig vara noggrannare än dess företrädare men också svårare att implementera då den behöver behandla mycket mer indata.   Examensarbetet har visat hur annorlunda energisystem kan vara från varandra och hur olika, de olika metoderna som finns att titta och åtgärda problem i systemet är. Användning av existerande mätare och instrument är inte alltid pålitligt eller tillgängligt och antaganden och föreklingar måste ibland göras för att få en översiktsbild och en fungerande grund att utgå ifrån. / This work has been carried out on behalf of Sundsvall Energi AB, with the purpose of establishing a link between Sundsvall Energi AB:s accumulator in Granloholm and the urban network with a temperature base, and using this connection to get a better understanding of their leakage. During the project, a literature study and a survey of the company's current system, was conducted to gain an understanding of the system and the mission. The lack of similar work forced me to look at leak detection methods that were relevant even though they did not handle the same area altogether. On the other hand, counselors and staff members assisted in obtaining the information requested and gave advice and tips on aspects of the assignment that had not been included in the report before. The model was developed piece by piece during the work period, when no other work was found that could provide a proper framework for the work. The model has proven to be more accurate than its predecessor but also more difficult to implement. The thesis has shown how different energy systems can be from each other and how different, the different methods that are available to look and solve problems in the system are. The use of existing meters and instruments is not always reliable or available, and assumptions and occurrences must sometimes be made to get an overview picture and a valid basis.

The purpose of this study is to describe how companies on the district heating market implements their investment analysis, identify which risks and uncertainties exists within investments in district heating and define the implementation of risk management. The theoretical framework includes two main sections: Financial theory and District heating theory. Some of the introduced theories are: Knight’s definition of risk and uncertainty, Lygnerud’s risk management model, discounted cash flow methods, discount rate, sensitivity and risk analysis, solidity, risk areas in district heating, price dialogue and Nils Holgersson investigation. Before companies on the district heating market make an investment there are various methods to assess the investment’s most important factors; economic value and environmental benefit. Every investment involves risks and uncertainties that must be managed by accepting, minimizing, avoiding or eliminating with different interventions. It is essential for companies to implement risk management to remain active on the district heating market. Companies use discounted cash flow methods, discount rate, sensitivity and risk analysis and solidity when making investment analysis. The primary risks are costly main investments, maintenance costs, production breakdown, competition, demand, price and politics. The risk interventions most frequently used are diversification, continuous maintenance, participate in planning, price dialogue, Nils Holgersson investigation, agreement construction and attend to political decisions.

In the fall of 2019, a comprehensive idea study was conducted on heat storage in two rock caverns located at Näsudden in Skelleftehamn and was part of the project course "Energiteknik, huvudkurs" at Luleå University of Technology. This idea study investigated the conditions of using waste heat from Boliden AB:s copper smeltery (Rönnskär) and storing this waste heat in two rock caverns and use them as seasonal thermal storage tanks, with the purpose of using the heat in the nearby district heating network, thus replacing some of the oil burned at Rönnskär. To investigate this, the authors of the idea study looked at two different storage cycles of seasonal storage and modeled this in ANSYS Fluent to simulate the heat storage and the heat losses. The results from this idea study showed promising results for using these caverns as heat storage and this work is therefore a continuation of the idea study. Since the study provided a good understanding of the conditions for seasonal storage, some questions arose about how the rock caverns will behave during an intermittent operation, which is the planned mode of operating the caverns in case of deployment. In this thesis, intermittent operation of these caverns are explored and how this effects the temperature in the caverns and its surrondings, the charge/discharge speed, how insulated walls affect the operation and how much oil is replaced. At the beginning of this project a review of the idea study and similar projects was done to gain deeper knowledge about the subject, but also to get a wider grasp on the different problems that could arise during the thesis. Relevant data for the caverns was collected and acquired to get a deeper understanding of its geometry, layout and what kind of modifications are really possible. Further data from the district heating networks of Boliden AB and Skellefteå Kraft was acquired. The available waste heat from Rönnskär was examined and used to calculate the chargeable energy by hour for the caverns, with the limits of Skelleftehamn district heating network in mind. By examining the different steam boiler patterns, the discharge pattern could be calculated. Using CFD, the unknown global heat transfer coefficient between the cavern water and the cavern wall can be determined. This data was then used with a set of differential equations to model the behavior of the caverns in Simulink. This allowed to determine the behavior for the caverns during normal operation, such as how the heat losses evolve, how the temperatures fluctuate, how much heat the caverns can be charged with and how much they can discharge. The results from the simulations showed that the caverns discharge a higher amount of energy when operating intermittently than when operating seasonally. Depending on how the caverns are utilized, different amounts of discharged energy are obtained. This range from 2224,7MWh to 7846,1MWh for the different discharging patterns. The usage also affects the efficiency of the cavern giving the efficiency a range between 19% to 53,9%. The heat losses range from around 20kW to 1000kW, depending on operation. Insulating the cavern walls reduces on average the heat losses by a factor of 5. Operating the caverns intermittently would on average remove a total of 29 ktonne CO2 and 88,74 tonne NOx for its expected lifespan of 30 years. Economically, the rock caverns have good economic potential as they would save about 80 million SEK during their lifetime just from buying less oil. / Hösten 2019 genomfördes en omfattande idéstudie om värmelagring i två bergrum vid Näsudden i Skelleftehamn och var en del av projektkursen "\textit {Energiteknik, huvudkurs}" vid Luleå tekniska universitet. Denna idéstudie undersökte villkoren för att använda spillvärme från Boliden AB:s kopparsmältverk (Rönnskär) och lagra denna värme i bergrummen och använda dem som säsongslagrade ackumulatortankar. Syftet med detta var att använda värmen i det närliggande fjärrvärmenätverket och därmed ersätta en del av den förbrända oljan hos Rönnskär. Författarna utforskade detta genom att undersöka två olika lagringscykler för säsongslagring och modellerade detta i ANSYS Fluent för att simulera värmelagring och värmeförluster. Resultaten från idéstudien visade lovande resultat för säsongsbaserad värmelagring i dessa bergrum och detta arbete är därför en fortsättning av idéstudien. Eftersom studien gav en god förståelse för förhållandena för säsongslagring, uppstod några frågor om hur bergrummen kommer att bete sig under en intermittent drift, vilket är den planerade driften av bergrummen vid en framtida användning. I detta projekt undersöks intermittent drift av dessa bergrum och hur detta påverkar temperaturen i bergrummen och dess omgivning, laddnings- / urladdningshastigheten, hur isolerade väggar påverkar driften och hur oljeförbrukningen reduceras. I början av detta projekt gjordes en genomgång av idéstudien och liknande projekt för att få djupare kunskap om ämnet, men också för att få ett bredare grepp om de olika problem som kan uppstå under arbetets gång. Relevant data för bergrummen samlades in och anskaffades för att få en djupare förståelse för dess geometri, layout och vilken typ av ändringar som verkligen är möjliga. Ytterligare data från fjärrvärmenätverket för Boliden AB och Skellefteå Kraft förvärvades. Den tillgängliga spillvärme från Rönnskär undersöktes och användes för att beräkna den urladdningsbara energin per timme för bergrummen, med begränsningarna i Skelleftehamns fjärrvärmenät i åtanke. Genom att undersöka de olika ångpannmönstren kan urladdningsmönstret beräknas. Med hjälp av CFD kan den okända globala värmeöverföringskoefficienten mellan bergrumsvattnet och bergväggen bestämmas. Denna data användes sedan med en uppsättning differentialekvationer för att modellera driften av bergrummen i Simulink. Detta gjorde det möjligt att bestämma beteendet för bergrummen under normal drift, till exempel hur värmeförlusterna utvecklas, hur temperaturen fluktuerar, hur mycket värme bergrummen kan laddas med och hur mycket de kan ladda ur. Resultaten från simuleringarna visade att bergrummen kan ladda ur en större mängd energi än vid en säsongsbetonad drift. Beroende på hur grottorna utnyttjas erhålls olika mängder urladdad energi. Detta sträcker sig från 2224,7MWh till 7846,1MWh för de olika urladdningsmönstren. Användningen påverkar också grottans effektivitet vilket ger en effektivitet mellan 19% och 53,9%. Värmeförlusterna sträcker sig från cirka 1000 kW till 20kw, beroende på drift. Isolering av bergväggarna minskar i genomsnitt värmeförlusten med en faktor 5. Att använda grottorna intermittent skulle i genomsnitt ersätta totalt 29 kton CO2 och 88,74 ton NOx för den förväntade livslängden på 30 år. Bergrummen har även god ekonomisk potential eftersom de skulle spara cirka 80 miljoner SEK under sin livstid bara från minskade oljekostnader.

This thesis is focused on identifying main factors influencing economical rentability of energy generated using incineration of municipal waste. Research was conducted focusing on municipal waste management, waste-to-energy possibilities and the issue of district heating systems, which are important considering the economy of waste-to-energy plants. Main limiting factors were identified using mathematic models adjusted for specific geographic locations.