Sweden has goals to reach net-zero emissions by 2045. Although electricity sector is almost fossil free, industry & transport still rely on fossil fuels. Ambitious initiatives such as HYBRIT, growth of EV market & expansion of wind power aim to expedite emission reduction. Decarbonization of transport, industry and large-scale wind & solar PV integration in the future necessitates studying energy system of Sweden at national scale in the context of sector coupling, external transmission & storage technologies. Therefore, this study aims to evaluate the impact of thermal energy storage, hydrogen storage and batteries via Power-to-heat & Power-to-hydrogen strategies in the future Swedish energy system (2045) with high proportions of wind power. Two scenarios SWE_2045 & NFF_2045 were formulated to represent two distinct energy systems of the future. The SWE_2045 energy system still relies on fossil fuels, but to a lower extent compared to 2019 level and has increased levels of electrification and biofuels in the transport and industrial sectors. In comparison, the fossil fuels are completely removed in NFF_2045 and the industrial sector has significant demand for electrolytic hydrogen. Both the scenarios were simulated using EnergyPLAN, a deterministic energy system model, under each storage technology. The results indicate that HPs coupled with TES has the potential to increase wind integration from 29.12% to 31.8% in SWE_2045 and 26.78% to 29.17% in NFF_2045. HP & TES also reduces heat production from boilers by 67% to 72% depending on the scenario, leading to overall reduction in total fuel and annual costs by at least 2.5% and 0.5% respectively. However, for wind integration of 31.1% in SWE_2045 the annual cost increases by 5.1% with hydrogen storage compared to TES. However, hydrogen storage shows better performance in NFF_2045, wherein the wind integration increases from 26.78% to 29.3%. Furthermore, increasing hydrogen storage for a lower wind capacity (60 GW) in NFF_2045 reduces both electricity import and export while simultaneously increasing the contribution of storage in fulfilling the hydrogen demand from 1.62% to 6.2%. Compared to TES and HS, the contribution of battery storage is minimal in sector integration. For increase in wind integration of 28% to 29%, the annual cost of a system with battery storage is 1.3% to 2% higher than that of the system with TES and hydrogen storage respectively. Therefore, HPs coupled with TES can improve flexibility in both scenarios. Hydrogen storage is not a promising option if the end goal is only to store excess electricity, as shown by the results in SWE_2045. However, it demonstrates better utilization in terms of wind integration, reduction in electricity import and export when there is a considerable demand for hydrogen, as in the case of NFF_2045. / Sverige ligger i framkant när det gäller avkarbonisering och har mål att nå nettonollutsläpp till 2045. Även om elsektorn är nästan fossilfri, är industri och transport fortfarande beroende av fossila bränslen. Ambitiösa initiativ som Hydrogen Breakthrough Ironmaking Technology (HYBRIT), tillväxt av elbilsmarknaden och expansion av vindkraft syftar till att påskynda utsläppsminskningar. Dekarbonisering av transport, industri och storskalig vind- och solcellsintegrering i framtiden kräver att man studerar Sveriges energisystem i nationell skala i samband med sektorskoppling, extern transmissions- och lagringsteknik.  Därför syftar denna studie till att bestämma effekten av termisk energilagring, vätelagring och batterier via Power-to-heat & Power-to-hydrogen-strategier i det framtida svenska energisystemet (2045) med höga andelar vindkraft. Två scenarier SWE_2045 & NFF_2045 formulerades för att representera två distinkta framtidens energisystem. Energisystemet SWE_2045 är fortfarande beroende av fossila bränslen, men i lägre utsträckning jämfört med 2019 års nivå och har ökat nivåerna av elektrifiering och biobränslen inom transport- och industrisektorn. Som jämförelse är de fossila bränslena helt borttagna i NFF_2045-scenariot där transportsektorn endast är beroende av el och biobränslen, medan industrisektorn har en betydande efterfrågan på elektrolytiskt väte. Båda energisystemen simuleras med EnergyPLAN, en deterministisk energisystemmodell, för olika testfall under varje lagringsteknik. Resultatet av simuleringen bedömdes i termer av kritisk överskottselproduktion, potential för ytterligare vindintegration, total bränslebalans i systemet och årliga kostnader.  Resultatet indikerar att värmepumpar i kombination med termisk energilagring kan förbättra flexibiliteten i båda scenarierna genom att minska den kritiska överskottselproduktionen och bränsleförbrukningen samtidigt som vindintegrationen förbättras. Vätgaslagring är inget lovande alternativ om målet är att endast lagra överskottsel, vilket framgår av vindintegrationsnivåerna i SWE_2045. Det förbättrar dock vindintegration och tillförlitlighet avsevärt när det finns en betydande efterfrågan på vätgas i NFF_2045. Som jämförelse är batteriernas bidrag till vindintegration minimalt i båda scenarierna i samband med sektorintegration på grund av utnyttjandet av överskottsel av värmepumpar och extern överföring av restel. Valet av lagringsteknik i framtiden beror dock på dess tekniska ekonomiska utveckling och energipolitik.

Cities play a crucial role in sustainable energy system transformation. Urban energy systems account for 75% of global primary energy use, and 70% of global greenhouse gas (GHG) emissions (IEA, 2021). There is currently a large, untapped potential for reducing both energy demand and emissions by focusing measures on one of the largest consumers of energy: buildings. In North Macedonia, there is an estimated energy savings potential of 57% in the residential sector, and 29% in the public service sector (Apostolska et al., 2020). In the midst of the country’s ambitious targets of decreasing energy demand and GHG reductions, the city of Bitola is in the process of developing an action plan for a sustainable transition of the city. For this purpose, there is a need to investigate the current challenges in the energy system of the city and to evaluate potential future pathways to address these challenges, with a focus on the built environment. In this thesis, a city-scale urban building energy model (UBEM) of the city of Bitola was developed using the software City Energy Analyst (CEA). This involved modeling a total of 14 024 buildings in the city ranging from residential buildings to commercial and industrial facilities. Out of these 14 024 buildings, 10 792 were included in the analysis after excluding abandoned buildings which account for an estimated 25% of the total residential building stock. One Baseline scenario based on the current energy use in the built environment in the city, and four scenarios investigating building retrofit measures and alternative heating solutions were developed for the time period 2023-2040 which were then assessed based on three key performance indicators (KPIs). A 2% implementation rate was used for the measures included in the scenarios, resulting in a total of 34% of the buildings being included in the scenario assessment. The scenarios included in the analysis are Business-as-Usual (BAU), decentralized natural gas boilers (NGB), district heating (DH) and decentralized heat pumps (HP). The KPIs include the total primary energy demand, the total operational CO2 emissions, and the economic performance of the system, measured as a net present value (NPV). All scenarios were also evaluated with and without solar photovoltaic (PV). The results showed the BAU scenario to be the lowest performing scenario for all three KPIs, while the HP scenario showed to be the best-performing scenario regarding the reduction of energy demand and CO2 emissions, with a 99% reduction of CO2 emissions and a 65% lower energy demand than in the baseline year. However, this comes at a relatively high cost compared to the other scenarios. The DH and NGB scenarios performed moderately regarding demand and CO2 emission savings while performing better from an economic standpoint. All scenarios showed a low share of buildings on an individual level having a positive NPV, thus failing to reach a positive total NPV for the entire system. On the other hand, the sensitivity analysis demonstrated how a reduction of the capital expenditure (CAPEX) led to a positive NPV for all scenarios with PV, and for all scenarios except BAU without PV. This indicates that subsidies provided by local or national stakeholders could result in a profitable investment. Two important conclusions can be drawn from the results: firstly, taking any action and implementing either of the HP, NGB and DH scenarios will be more beneficial than taking no action, and secondly, the sustainable development of the city needs to be led by the local municipality, as well as national stakeholders to enable a long-lasting transition. / Städer spelar en avgörande roll för omställningen till hållbara energisystem. Energisystem i städer står för 75% av den globala primära energianvändningen och 70% av de globala växthusgasutsläppen (IEA, 2021). För närvarande finns det en stor, outnyttjad potential för minskning av både energibehov och utsläpp genom att fokusera på åtgärder för en av de största energikonsumenterna: byggnader. I Nordmakedonien uppskattas det finnas potential för energibesparingar på 57% i bostadssektorn och 29% i offentlig sektor (Apostolska et al., 2020). I samband med landets ambitiösa mål om att minska energianvändning och växthusgasutsläpp genomgår staden Bitola för närvarande en process för att utveckla en handlingsplan för en hållbar omställning av staden. För detta ändamål krävs en undersökning av de aktuella utmaningarna i stadens energisystem och utvärdering av potentiella framtida riktningar för att möta dessa utmaningar, med fokus på den bebyggda miljön. I detta examensarbete utvecklades en modell i stadsskala av energianvändningen i byggnader för staden Bitola i Nordmakedonien med hjälp av programvaran City Energy Analyst (CEA). Modellen omfattade totalt 14 024 byggnader, från bostadshus till kommersiella och industriella fastigheter. Då 25% av stadens bostadsbyggnader uppskattas vara övergivna ingick totalt 10 792 byggnader i den slutgiltiga analysen. Ett basscenario som beskriver dagens energianvändning i byggnaderna, och fyra framtida scenarier, som omfattar energieffektiviseringsåtgärder och alternativa värmesystem, utvecklades för tidsperioden 2023-2040. En implementeringstakt om 2% av byggnadsbeståndet, vilket resulterade i att totalt 34% av byggnadsbeståndet inkluderades i scenarioanalysen. De fyra framtida scenarierna som ingick i analysen är Business-as-Usual (BAU), decentraliserade gasvärmepannor (NGB), fjärrvärme (DH) och decentraliserade värmepumpar (HP). Scenarierna bedömdes med hjälp av tre nyckeltal (KPI:er): den totala primärenergianvändningen, de totala operativa CO2 utsläppen och den ekonomiska prestandan, mätt som investeringens nu värde (NPV). Samtliga scenarier utvärderades med och utan implementering av solceller. Resultaten visade att scenariot BAU presterade sämst för alla tre KPI:er, medanHP-scenariot visade sig vara det bäst presterande scenariot för minskning avenergibehovet och CO2-utsläppen, med 99% minskning av CO2-utsläpp och 65%lägre energianvändning jämfört med basscenariot. Dock är detta förknippat medrelativt höga kostnader jämfört med de andra scenarierna. DH- och NGB-scenariotpresterade måttligt gällande besparing av energibehov och CO2-utsläpp, samtidigt somde presterade bättre ur ett ekonomiskt perspektiv. Alla scenarier resulterade i en lågandel av byggnader på individuell nivå med ett positivt NPV, vilket innebär att demisslyckas med att nå ett positivt totalt NPV för hela systemet. Å andra sidan visadekänslighetsanalysen att en minskning av investerings kostnaderna (CAPEX) ledde tillett positivt NPV för alla scenarier med solceller, och för alla scenarier utom BAU utan solceller. Detta indikerar att subventioner från lokala och nationella aktörer kan leda till en lönsam investering. Två viktiga slutsatser kan dras från dessa resultat: för det första, att vidta åtgärder och implementera något av HP-, NGB- eller DH-scenariot är mer fördelaktigt än att inte vidta några åtgärder, och för det andra, behöver den hållbara utvecklingen av staden ledas av den lokala kommunen samt nationella aktörer för att möjliggöra en långvarig omställning.