With the increase in energy demand, and therefore, in energy generation, new high voltage direct current export links and overseas connections of large amounts of power are being introduced. These new links are subject to possible malfunction or failures, which may causea substantial frequency increase in the power system. The need of restorative measurements for over-frequencies is then necessary to regulate this probable imbalance. A new ancillary market product for frequency down-regulation is then being introduced. The Frequency Containment Reserves – Disturbances for downregulation is a service used to handle overfrequencies in the power system. The ancillary market has been historically dominated by hydro, however, with the local plans that set goals to reach 100 % renewable electricity production by the year 2040, ineluctably solar and wind will be occupying a large share of the energy generation, thus the amount of renewable resources to provide ancillary services will increase as well. Nevertheless, requirements to participate in the ancillary market are strict, and renewables face challenges such as unpredictable power generation, making forecasting tools essential for their participation. In this thesis, through the literature and research of an emerging field, the synthetic solar irradiance, an algorithm with adjusted parameters is replicated with the objective of downscaling solar irradiance presumptive-forecasts from 15-minute intervals to 1-minute intervals. An updated clear-sky model, and weather categorization method is used as input to improve the results of the synthesis. A year evaluation with a method to detect irradiance dips is used to evaluate the algorithm. The result of this study contributes with positive outputs. The introduction of this secondary tool to estimate higher resolution irradiance variability data proves to obtain, at 57 % of the point-to-point critical cases examination, an over-estimation of the measured irradiance. This, in turn, grants the actors that participate with solar power the option to adjust the bidding strategy process in the ancillary market accordingly to the output of this tool.

I samband med klimatmålet att Sverige ska ha ett netto-noll utsläpp av växthusgaser till 2045 krävs det att alla sektorer minskar sina växthusgasutsläpp och av sektorerna utgör sjöfarten inrikes en mindre men fortfarande betydande del. Två omtalade förnyelsebara driftstyper är batteri- och vätgasdrift, som har potential att ersätta fossila bränslen. Med hänsyn till detta syftar rapporten till att jämföra dessa två driftsformer, utifrån ett hållbarhetsperspektiv, i Gotlandsbolagets färjor. Jämförelseanalysen grundar sig i en kvantitativ litteraturstudie samt i form av en intervju och mejlkonversationer. I resultatet har aspekter som energibehov, vikt, utrymme, hastighet, infrastruktur och koldioxidutsläpp undersökts. Gällande diskussionsdelen avhandlas bland annat behovet av en energimässig marginal, betydelsen av fossilfri el för respektive driftsform, dimensionering av en ny elkabel till Gotland samt områden som bör utredas vidare. Av rapporten kan det bland annat konstateras att vätgasdrift ger upphov till lägre växthusgasutsläpp vid en svensk elmix medan den vid nordisk elmix ger upphov till mer utsläpp jämfört med batteridrift. En konvertering av färjan M/S Drotten är troligen möjlig att genomföra utifrån de valda aspekterna. / In correlation with the climate goal that Sweden should have a net-zero emission of greenhouse gasses by 2045, it is required that all sectors reduce their greenhouse gas emissions. Of all the sectors, domestic shipping is a small but still significant part. Two well-known renewable operating propulsions are battery and hydrogen, which have the potential to substitute fossil fuels. With this in mind, the report aims to compare these two propulsions from a sustainability perspective in Gotlandsbolaget’s ferries. The comparison analysis is based on a quantitative literature study, an interview and email conversations. In the result, aspects such as energy demand, weight, space, speed, infrastructure and carbon dioxide emissions have been investigated. Moreover, in the discussion part, aspects such as an energy margin, the importance of fossil-free electricity for both propulsions, designing of a new power cable to Gotland, and areas that should be investigated further have been touched upon. From the report, it can be stated, among other things, that hydrogen propulsion results in lower greenhouse gas emissions when a Swedish electricity mix is used. However, when a Nordic electricity mix is used, which has higher emissions than the Swedish, hydrogen propulsion results in higher greenhouse gas emissions compared to battery propulsion. Lastly, a conversion of the ferry M/S Drotten is probably possible based on the selected aspects.

The increasing share of wind and photovoltaic (PV) power in the electricity generation mix pose challenges in power system management due to their non-dispatchable and intermittent nature. Co-locating wind and PV parks, forming utility-scale hybrid power parks (HPPs), means that the sources can share grid connection, land, permitting procedures as well as operation and maintenance work. On top of this, the combined power output is generally smoothened due to the anti-correlated characteristics of the respective resources. This licentiate thesis contributes to the state-of-the-art and progress the knowledge of co-located wind and PV parks, where the total number of studies on HPPs are limited compared to the respective fields. According to the results, the power output of co-located wind and PV parks are generally anti-correlated for all studied time scales (seasonal, mid-term, synoptic, diurnal and hourly resolution). The useful anti-correlation is found on the seasonal and diurnal time scale where wind turbine sites are likely to be more anti-correlated than any randomly chosen site. On the synoptic time scale, the useful anti-correlation is consistent, although to a lesser extent. The smoothing effect as a result of co-location is also studied in terms of probabilistic forecasting, which corresponds to estimating the uncertainty of power production predictions by means of a probabilistic distribution. By forecasting aggregated time series of co-located wind and PV, the probabilistic forecasts can be improved which is explained by the aggregated time series being smoother and therefore more straightforward to predict. The value of improved forecasts could also be realized in the day-ahead market, where sharper and more reliable forecasts lower the regulation costs.

In the villages along the Amazon river, the access to clean drinking water is lacking. In Progreso, the Swedish foundation Ankarstiftelsen and the non-governmental organization Entropika have installed a water purification system to solve this problem. The water used in the purification system is today pumped from a tributary to the Amazon river with a gasoline pump. This comes with social, ecologic and economic problems. To solve these problems, a solar water pumping system has been developed. After a preparing literature study on the topic, a field study was done to find relevant data. From this, an Excel program was made to optimize a suitable solution. Together with suggestions from three companies, two with a surface pump and one with a submersible pump, the system including a submersible pump was considered the most preferable. This mainly due to lower cost, weight and maintenance. Further, the suggestions were used to control the accuracy of the developed Excel program. This program can be used for future optimizations of systems with similar character. / I byarna längs Amazonfloden är tillgången till rent dricksvatten bristfällig. Organisationerna Ankarstiftelsen och Entropika är verksamma i området och arbetar för en ökad levnadsstandard åt lokalbefolkningen. I byn Progreso har organisationerna installerat ett vattenreningssystem för att lösa problemet. Systemet använder flodvatten som renas med sandfilter och sedimentering. Vattnet pumpas idag från en biflod till Amazonfloden med en bensindriven pump. Pumpen är mycket stöldbegärlig och måste därför bäras ner till floden vid varje användning. Den väger 70 kg och utgör en arbetsbörda för vattenmästaren i byn. Utöver det är regelbundna kostanden för drivmedlet ett problem då invånarna saknar en stabil inkomst. Dessutom orsakar den bensindrivna pumpen miljöfarliga utsläpp. För att lösa de sociala, ekonomiska och ekologiska bristerna har ett solvattenpumpssystem dimensionerats. Efter en förberedande litteraturstudie inom ämnet utfördes en fältstudie i Progreso för att hitta relevanta data. Fältstudien bestod av distansmätningar och intervjuer med invånarna. Intervjuerna gav svar på huruvida dagens system fungerar samt det önskade vattenbehovet från det nya systemet. Med funna data kunde beräkningar utföras och ett Excelprogram utvecklas för att optimera ett för platsen passande system. Från tre systemförslag framtagna av företag, två förslag med ytpump och ett med en dränkbar pump, togs beslutet att den dränkbara pumpen var att föredra. Detta främst på grund av lägre kostnad, vikt och underhåll. Vidare användes förslagen för att undersöka pålitligheten hos Excelprogrammet som ämnar till att används för framtida system av liknande karaktär.

Energiöverenskommelsen 2016 innefattade ett flertal mål och implikationer för utformningenav det svenska el- och energisystemet. Sveriges energisystem ska vara ekologiskt hållbart,konkurrenskraftigt och försörjningstryggt. Utöver detta så omfattas överenskommelsen av enmålsättning om 100% förnyelsebar elproduktion år 2040, som analyserats i rapporten. Syftetmed rapporten är att belysa problematiken som kan uppkomma vid ett obalanserat elsystemmed avseende på försörjningstrygghet, ekologisk hållbarhet och konkurrenskraft. Här ämnarrapporten även att öka medvetenheten bland aktörer inom det svenska energisystemet ochsynliggöra problematik som kan uppkomma efter år 2040. Den huvudsakliga vetenskapligametoden är en formativ undersökning där intervjuer med kraftbolag genomförts för att få endjupare förståelse för det framtida kraftsystemet. Sedan har även en explorativ undersökninggenomförts genom litteraturstudier. Dessa två undersökningar har tillsammans möjliggjortförklaringar av orsakssamband. Det främsta källmaterialet i rapporten är vetenskapliga artiklarkopplade till el- och energiområdet, där KTH:s Databas Primo samt Google scholar använtssom främsta medium för sökningar. Myndigheter och organisationer som KungligaIngenjörsvetenskapsakademien (IVA) samt North European Energy Perspectives Project(NEPP) har bidragit med information. Resultaten visar att det finns problematik kopplade tilleffektbrist, svängmassa och planerbarhet i och med en nedläggning av kärnkraften, där ensamtida beskattning av avfallsbaserad kraftvärme ytterligare försämrar tillgången på effekt.Resultaten visar även att introducering av vindkraft till systemet ökar det svenskaimportberoendet av el från Tyskland med högre andel fossila inslag, men samtidigt bidrar tillen ökad export där svensk el kan trycka bort smutsig el i andra länder. Vidare beskrivslångsiktighet och ett ökat samarbete mellan systemets aktörer som av stor vikt för utvecklingenav det framtida elsystemet samt ett ökat fokus på implementering av systemtjänster somförsvinner från systemet framöver. Andelen vindkraft beräknas öka till år 2030 samtidigt somkärnkraft och värmekraft, som båda är planerbara kraftslag, beräknas minska. Att målet omförnyelsebar elproduktion införlivas 2040 är inte troligt, då kärnkraftsreaktorerna beräknasdrivas hela deras ekonomiska livslängd vilket löper ut 2045. / The Energy Agreement from 2016 is comprised of several goals for the forming of the Swedishpower system. The Swedish power system should be ecologically sustainable, competitive andbe able to supply power without interruption. Furthermore, this agreement also involves a goalof a 100% renewable power generation in 2040, which has been analyzed in this report. Theaim with his report is to highlight problems that might occur in the case of an unbalanced powersystem with respect to ecological sustainability, competitiveness and safe supply. The reportalso aims to raise awareness amongst the actors in the Swedish energy system and highlightproblems in the future. The main scientific method used in this report is a formativeexamination where interviews with the power company representatives gave a deeperunderstanding of the power system as of now, but also in the future. Another scientific methodused has been an explorative examination throughout the literature studies, where these twomethods combined has enabled explanations and causations. The foremost source ofinformation are scientific studies connected to the power system, where KTH’s database Primoand Google Scholar has been used as a primary medium for searches. Authorities and NGOs,such as the Royal Swedish Academy of Engineering Sciences (IVA) and North EuropeanEnergy Perspectives Project (NEPP), has also been used as a primary source of information.The results show problems connected to lack of effect, inertia as well as a decrease of plannablepower through the closure of nuclear power plants and thermal power plants due to newtaxation. The result also shows that an introduction of wind power to the Swedish power systemalso decrease the national independence and rely more on import of power, mainly fromGermany which have a higher share of fossil elements. In other situations, it also leads to ahigher export where Swedish power removes fossil elements in other countries. Furthermore,a long-term strategy and increased cooperation between the systems actors is crucial for thedevelopment of the future energy system with focus on implementing system services whichare decreasing with the decrease of plannable power. The share of wind power is expected torise to 2030, at the same time the plannable power, nuclear and thermal power, is expected todrop. The national goal of a renewable power generation is reached by the year 2040 is notlikely, where the current nuclear power reactors will remain their entire economic life spanwhich spans to 2045, with chance of life span extension.

With the motivation to mitigate the effects caused by one of humankind’s biggest challenges, climate change, the purpose of this minor field study was to examine the prospects of renewable energy technologies as part of a larger ambition to offer clean and affordable energy for all, in line with United Nations Sustainable Development Goals. The study was conducted for El Alamein in Egypt, a city under construction that will house four million residents. By combining a field study and an interview with literature search, the information needed for an energy system model was gathered. The modelling system OSeMOSYS was thereafter used to calculate the most cost-efficient electricity mix for the model period of 2020 to 2040, based on different scenarios and technologies. The total discounted cost and amount of emissions were thereafter compared between the scenarios, and the most cost-efficient scenario at reducing emissions was identified. Of the scenarios that were compared to the reference case, the one where 50 % of the electricity was produced from renewables in 2040 proved to be the most cost-efficient option. In addition, this scenario was also the most cost efficient at reducing emissions by a large margin. Regarding the renewable technologies, solar photovoltaics, which represented a majority of the renewable electricity production, was evidently the most cost-efficient technology as well as the one with the highest potential for future implementation, followed by onshore wind power. Moreover, concentrating solar power and waste to energy were proven to have a lower potential. The conclusions drawn were that the city of El Alamein could get a substantial part of its electricity from renewables and that solar PV was the best technology for that purpose. The final conclusion was that there might exist great potential for renewable energy in Egypt. / Med ambitionen att försöka lindra konsekvenserna av vad som idag är en av människans största utmaningar, klimatförändringen, är syftet med denna minor field study att utvärdera förutsättningarna för förnyelsebara energitekniker i Egypten. Detta ligger i linje med en större ambition att erbjuda ren och prisvärd energi i enlighet med de globala hållbarhetsmålen. Fältstudien utfördes i Egypten och omfattade en ny stad under konstruktion, El Alamein, som förväntas hushålla fyra miljoner invånare. En fältstudie och tillhörande intervju kombinerades med en litteraturundersökning för att erhålla nödvändig information som sedan användes i modelleringen av energisystemet. Modelleringsverktyget OSeMOSYS användes för att erhålla den mest kostnadseffektiva energimixen för åren 2020 till 2040, baserat på ett flertal olika scenarier och tekniker. Den totala diskonterade kostnaden samt mängden utsläpp jämfördes mellan de olika scenarierna, och det mest kostnadseffektiva scenariot för att minska utsläpp identifierades. Av de scenarier som jämfördes med referensfallet, så var scenariot där förnyelsebara energitekniker stod för 50 % av elproduktionen år 2040 den mest kostnadseffektiva energimixen för att tillfredsställa behovet samt för att minska mängden utsläpp. Av de förnyelsebara energiteknikerna så visade sig solceller, som stod för en majoritet av den förnyelsebara produktionen, vara den mest kostnadseffektiva tekniken då den i samtliga förnyelsebara scenarier prioriterades av modellen. Därmed visade sig den vara den tekniken med högst potential för framtida implementationer, följt av landbaserad vindkraft. Koncentrerad solkraft i form av soltorn visade sig inte vara kostnadseffektiv då den inte bidrog till produktionen i något scenario. Avfallsförbränningen, som bidrog minimalt till energimixen, saknade tillgång till den mängd bränsle som hade krävts för att den skulle kunnat stå för en större andel av produktionen. Därmed konstaterades det att båda dessa teknologier hade en låg potential för framtida implementationer. De slutsatser som drogs var att staden El Alamein kunde få en betydande del av sin elektricitet från förnyelsebara energikällor samt att solceller var mest lämpad för det syftet då den var mest kostnadseffektiv. Utöver dessa så drogs slutsatsen att det kan finnas stor potential för förnyelsebar energi i Egypten.

Buildings account for around 40 percent of the primary energy consumption in Europe and in the United States. They also hold tremendous energy savings potential: 15 to 29 percent by 2020 for the European building stock according to a 2009 study from the European Commission. Verifying and predicting the impact of energy conservation measures in buildings is typically done through energy audits. These audits are costly, time-consuming, and may have high error margins if only limited amounts of data can be collected. The ongoing large-scale roll-out of smart meters and wireless sensor networks in buildings gives us access to unprecedented amounts of data to track energy consumption, environmental factors and building operation. This Thesis explores the possibility of using this data to verify and predict the impact of energy conservation measures, replacing energy audits with analytical software. We look at statistical analysis techniques and optimization algorithms suitable for building two regression models: one that maps environmental (e.g.: outdoor temperature) and operational factors (e.g.: opening hours) to energy consumption in a building, the other that maps building characteristics (e.g.: type of heating system) to regression coefficients obtained from the first model (which are used as energy-efficiency indicators) in a building portfolio. Following guidelines provided in the IPMVP, we then introduce methods for verifying and predicting the savings resulting from the implementation of a conservation measure in a building.

Amorphous silicon photovoltaic windows intend to not only improve thethermal bridge that windows represent but also to collect energy from theradiation incident on the windows themselves. This kind of windows can beapplied anywhere, however to maximize the benefit these can bring it isrecommended for sun-oriented façades. This research aims to investigate theimpacts that this type of windows can have on the energy performance andthermal comfort of a three-story historical stone building in the cold climateof Sweden using the simulation software IDA ICE. The model used for thesimulations had previously been developed and tested in other researches thatinvolved this same building. This research shows that the yearly energyconsumption for the townhall can be reduced down to 280000 kWh,representing a reduction of 5000 kWh compared to the base model, if theHigh transparency windows are applied, representing a reduction of 1,7%.The use of any of the four proposed windows has shown to increase thepercentage of best comfort hours by at least 5% and lowers the percentage ofunacceptable comfort hours at least by a 10%, even having cases with 0 hoursat this comfort level. The upper level of the South façade would be able toprovide the building with 800 kWh yearly, being the level with the highestenergy collection due to having more windows. Approximately every windowcould collect around 90 kWh yearly, which represents 20% of what a solarpanel of the same area correctly oriented could obtain in the same period oftime. Thus, the amorphous silicon photovoltaic windows do not seem to bethe best change despite offering a very promising thermal comfort. Theeconomical viability of this project is what prevents it from being feasiblesince the energy saving/obtaining characteristics are not of great magnitude.

Hagelrums Gård/Biogas är ett lantbruk som producerar fordonsgas genom rötning.Till rötningen används främst gödsel i deras biogasanläggning med två rötkammare. Den här rapporten undersöker om installation av en värmepump som tar vara på den värmen från rötresten skulle vara ekonomisk och fördelaktig för uppvärmning av den första rötkammaren. Jämförelsen kommer att ske emot anläggningens nuvarande flispanna. I resultat presenteras den nuvarande anläggningens drift och tre olika scenarier med en värmepump med COP 4 och ett konstant flöde av rötrest. I resultatet presenterasäven jämförelser över hur installationen av den föreslagna värmepumpen skulle påverka driften av anläggningen. Slutsatsen av arbetet är att en värmepump inte är ekonomisk eller lämplig förnuvarande anläggning. Orsakerna är den extra kostnaden och driften av anläggningensom inte är optimal för en värmepump. / Hagelrums Gård/Biogas is a farm that produces biomethane for transportation from anaerobic digestion. For the anaerobic digestion manure is mainly used in their facility with two digesters. This report investigates if installation of a heat pump that takes heat from the digestate would be economically and beneficial for heating of the first digester. The comparison will be done against the facility’s current chip boiler. The current facility’s operation and three different scenarios with a heat pump with COP 4 and continuous flow of digestate is presented in the result section. In the results section is also comparisons of how an installation of the proposed heat pump would affect the operation of the facility. The conclusion of the project is that a heat pump is not economical or suitable for the current facility. The extra costs and operation of the facility that is not optimal for a heat pump is the reasoning of the conclusion.

En stor andel av Sveriges bostäder och lokaler är beroende av fjärrvärmeleveransen. Energimyndigheten i Sverige påtalar att störningar och avbrott i fjärrvärmevärmeleveransen kan leda till allvarliga konsekvenser för individer och samhällsviktiga funktioner. Höga krav ställs på fjärrvärmesystemen som förväntas kunna leverera en trygg energiförsörjning till alla kunder, oavsett tid på dygnet. En viktig åtgärd för att öka leveranskvaliteten i fjärrvärmesystem är att säkerställa tillgängligheten på produktionsanläggningar.   Energibolaget Sandviken Energi AB (SEAB) arbetar aktivt med frågeställningar som rör leveranssäkerhet i fjärrvärmesystem. SEAB har genom energikonsultbolaget FVB Sverige AB anlitat en praktiserande student för att undersöka hur leveranssäkerheten i Sandvikens fjärrvärmenät kan öka med hjälp av två externa samt en mobil panncentral. I studien riktades fokuset på prioriterade kunder, leveranskvalitet samt risker i fjärrvärmesystemet.   Tillvägagångssättet i studien karaktäriseras av en simulering och optimeringsstrategi till vilket beräkningsverktyget NetSim använts. Simuleringarna baserades delvis på bedömda risker i fjärrvärmenätet, framtagna i intervjuer med nyckelpersoner inom SEAB. Utifrån riskbedömningen har sex olika driftscenarier konstruerats och simulerats i ett flertal olika temperaturfall. Scenarierna representerar driften av produktionsenheterna och innehåller bland annat ett basscenario då alla produktionsenheter i nätet fanns tillgängliga. I resterande scenarier simulerades konsekvenserna av driftstörningar i anläggningens olika produktionsenheter.   Resultaten från studien visade på en fullgod värmeleverans i alla temperaturfall i fyra av sex driftscenarier. I två av driftscenarierna var den tillförda värmeeffekten för låg för att tillgodose kundernas behov fullt ut. En av slutsatserna som drogs var att när huvudproduktionen i nätet ej fanns tillgänglig, räckte inte värmeeffekten i nätet till för att försörja alla kunder vid alla temperaturfall. / A large proportion of Sweden's homes and premises depend on district heating delivery. The Swedish Energy Agency points out that disruptions and interruptions in district heating supply can lead to serious consequences for individuals and socially important functions. An important measure to increase the delivery quality in district heating systems is to ensure the availability of production facilities.    Through the energy consulting company FVB Sverige AB, Sandviken Energi AB (SEAB) has hired a practicing student to investigate how delivery security in Sandvikens district heating network can increase with the help of two external and a mobile boiler plant. The study focused on prioritized customers, delivery quality and risks in the district heating system.    The approach in the study is characterized by a simulation and optimization strategy for which the calculation tool NetSim has been used. The simulations were partly based on assessed risks in the district heating network, developed in interviews with key people within SEAB. Based on the risk assessment, six different operating scenarios have been constructed and simulated in a number of different temperature cases. The scenarios represent the operation of the production units and contain, among other things, a base scenario when all production units in the network were available. In the remaining scenarios, the consequences of operational disruptions in the plant's various production units were simulated.    The results from the study showed a satisfactory heat delivery in all temperature cases in four of six operating scenarios. In two of the operating scenarios, the added heat output was too low to fully meet customers' needs. One of the conclusions drawn was that when the main production in the network was not available, the heat output in the network was not sufficient to supply all customers in all temperature cases.