Many buildings built in the 1960s are inefficient when it comes to their energy use. A lot of them are also in need of renovating. Therefore, this project is aiming to investigate five different scenarios where the decrease in electricity demand is in focus.One scenario is energy-saving behavior which does not need any investment for a renovation but just decreases the electricity demand by changing the behavior of the people living there.Another option is the building envelope renovation where added insulation to the outer walls, the roof and the floor is added. The windows and entrance doors are also upgraded to more efficient options. A return air only ventilation system is installed as well. The third option is to renovate the reference house to achieve the status of passive house set by Boverket. This is done by adding a much thicker layer of insulation to the building components and adding a FTX ventilation system and at the same time changing the direct electric heating system to a bed rock geothermal heating system. The last two scenarios, net-zero energy building and off-grid building, also use a FTX ventilation system and bed rock geothermal heating system. They have the same thickness as the building envelope renovation. The biggest difference is that the net-zero energy building uses solar power to match the yearly electricity demand and therefore be able to call it net-zero energy. The off-grid house has an electricity storage as well as the solar panels. This is to be able to disconnect from the electric grid completely and only consume electricity produced by the building itself.The last three scenarios all achieve a primary energy below that of what Boverket demand fornew buildings of 90 kWh/m^2, year. The building with the lowest cumulative cost over 50 years is the off-grid building, though this result could vary depending on the price of electricity. The scenario with the lowest investment cost per kWh saved is the net-zero energy building.

No description available.

Municipal energy systems in Nordic environments face multiple challenges: the cold climate, large-scale industries, a high share of electric heating and long distances drive energy consumption. While actions on the demand side minimize energy use, decarbonization efforts in mining, industries, the heating and the transport sector can increase the consumption of electricity and biofuels. Continued growth of intermittent wind and solar power increases supply, but the planned phase out of Swedish nuclear power will pose challenges to the reliability of the electricity system in the Nordic countries. Bottlenecks in the transmission and distribution grids may restrict a potential growth of electricity use in urban areas, limit new intermittent supply, peak electricity import and export. Environmental concerns may limit growth of biomass use. Local authorities are committed in contributing to national goals on mitigating climate change, while considering their own objectives for economic development, increased energy self-sufficiency and affordable energy costs. Given these circumstances, this thesis investigates existing technical and economic potentials of renewable energy (RE) resources in the Nordic countries with a focus on the northern counties of Finland, Norway and Sweden. The research further aims to provide sets of optimal solutions for sustainable Nordic municipal energy systems, where the interaction between major energy sectors are studied, considering multiple objectives of minimizing annual energy system costs and reducing carbon emissions as well as analyzing impacts on peak electricity import and export. This research formulates an integrated municipal energy system as a multi-objective optimization problem (MOOP), which is solved by interfacing the energy system simulation tool EnergyPLAN with a multi-objective evolutionary algorithm (MOEA) implemented in Matlab. In a first step, the integration or coupling of electricity and heating sectors is studied, and in a second step, the study inquires the impacts of an increasingly decarbonized transport sector on the energy system. Sensitivity analysis on key economic parameters and on different grid emission factors is performed. Piteå (Norrbotten County, Sweden) is a typical Nordic municipality, which serves as a case study for this research. The research concludes that significant techno-economic potentials exist for the investigated resources. Optimization results show that CO2 emissions of a Nordic municipal energy system can be reduced by about 60% without a considerable increase in total energy system costs and that peak electricity import can be reduced by up to 38%. The outlook onto 2030 shows that the transport sector could be composed of high electrification shares and biofuels. Technology choices for optimal solutions are highly sensitive to electricity prices, discount rates and grid emission factors. The inquiries of this research provide important insights about carbon mitigation strategies for integrated energy sectors within a perspective on Nordic municipalities. Future work will refine the transport model, develop and apply a framework for multi-criteria decision analysis (MCDA) enabling local decision makers to determine a technically and economically sound pathway based on the optimal alternatives provided, and analyze the existing policy framework affecting energy planning of local authorities. / Kommunala energisystem i nordiska miljöer möter flera utmaningar: det kalla klimatet, storskaliga industrier, en stor andel elvärme och långa distanser driver energiförbrukningen. Medan åtgärder vidtas på efterfrågesidan för att minimera energianvändningen, kan utsläppsminskande åtgärder inom gruvdrift, industrier, uppvärmningen och transportsektorn öka förbrukningen av el och biobränslen. Fortsatt tillväxt av intermittent vind- och solkraft ökar elproduktion, men den planerade avvecklingen av svensk kärnkraft kommer att utmana tillförlitligheten i elsystemet i de nordiska länderna. Flaskhalsar i överförings- och distributionsnäten kan begränsa en potentiell tillväxt av elanvändningen i stadsområden, begränsa ny intermittent utbud, och påverka elutbyte mellan länderna. Miljöhänsyn kan begränsa ökad användning av biomassa. Lokala myndigheter är engagerade i att bidra till nationella klimatmål, samtidigt som de följer sina egna mål för ekonomisk utveckling, ökad självförsörjning av energi och överkomliga energikostnader. Mot bakgrund av dessa omständigheter undersöker denna avhandling befintliga tekniska och ekonomiska potentialer för förnybar energi i Norden med fokus på de nordliga länen i Finland, Norge och Sverige. Forskningen syftar vidare till att utveckla optimala lösningar för hållbara nordiska kommunala energisystem, där samspelet mellan stora energisektorer studeras, med tanke på att minimera årliga energisystemkostnader och samtidigt minska koldioxidutsläppen samt analysera påverkan på elimport till och export från kommunen. Denna forskning formulerar ett integrerad kommunalt energisystem som multimåloptimeringsproblem (multi-objective optimisation problem - MOOP), som löses genom att kombinera simuleringsverktyget EnergyPLAN med en evolutionär algoritm implementerad i Matlab. I ett första steg studeras kopplingen av el- och värmesektorerna, och i ett andra steg effekterna av en integrerad och alltmer förnybar transportsektor på energisystemet. Känslighetsanalys på viktiga ekonomiska parametrar och på olika utsläppsfaktorer utförs. Piteå (Norrbottens län, Sverige) är en typisk nordisk kommun som fungerar som en fallstudie för detta arbete. Forskningens slutsatser innebär att det finns betydande teknisk-ekonomiska potentialer för de undersökta förnybara resurserna. Optimeringsresultaten visar att koldioxidutsläppen från ett nordiskt kommunalt energisystem kan minskas med cirka 60% utan en avsevärd ökning av de totala energisystemkostnaderna och att den högsta elimporten kan minskas med upp till 38%. Resultat för år 2030 visar att transportsektorn kan ha en mycket hög elektrifieringsgrad och samtidigt används biobränslen i tunga fordon. Optimala lösningar är mycket känsliga för elpriser, räntor och utsläppsfaktorer. Detta arbete ger viktiga insikter om strategier för koldioxidminskning för integrerade energisektorer i ett perspektiv på nordiska kommuner. Min framtida forskning kommer att förfina transportmodellen, utveckla och tillämpa ett ramverk för beslutsanalys med flera kriterier (multi-criteria decision analysis - MCDA) som ska stödja lokala myndigheter att fastställa tekniskt och ekonomiskt hållbara lösningar i deras energiplanering.

Wind resources are highly intermittent and fluctuant, making wind turbines less reliable and the unstable power output will affect grid stability and security. This paper presents an idea of integrating the solar PV plant and energy storage system into an existing wind project, project Rödene in Gothenburg. The hybrid renewable system, which consists of two or more renewable energy sources, is considered the renewable energy development trend. An economic analysis of a 1.2 MW PV plant, 5 MW lithium-ion battery storage system and 300 kg hydrogen fuel cell storge system are assessed in terms of LCOE and LCOS of plants. The revenue stream is discussed separately, consisting of electricity tariff, ancillary services and energy arbitrage. The results show that both PV plant and energy store systems are unprofitable. When the PV panel cost is reduced more than 30% and the annual production increases at least 30%, the LCOE of the PV plant arrives at the break-even point. Also result shows the hydrogen fuel cell energy storage system is too expensive of commercial use, and the battery energy storage system has a high potential of profitable if the ancillary service in Sweden is well organized in the future

The study sets out to review various literatures concerning photovoltaic/thermal (PVT) modules for the extraction of electricity and heat, it also reviews different PVT collectors as well as their performance. The study provides an understanding of a system that fully supports ecological society by promoting the use of solar modules from a different scope in future global resolutions. Furthermore, it looks into renewable energy in Sweden, solar energy and PVT systems, operational principles of hybrid PVT collectors, PVT applications, PVT market and legal face of PVT in Sweden among others. Among other social benefits, PVT system contributes enormously to energy savings and energy consumption which in turn lowers CO2 emissions. The review shows that PVT modules can provide homes and industries with 100% renewable electricity and heat that is affordable. This paper adopts systematic literature review, as it allows thorough cross-examination of various publications regarding the subject.

Indiana University-Purdue University Indianapolis (IUPUI) / With the increasing demand of economy and environmental pollutions, more and more renewable energy systems with clean sources appear and have attracted attention of systems involving solar power, wind power and hybrid new energy powers[1]. However, there are some difficulties associated with combined utilization of solar and wind, such as their intermittent behavior and their peak hours mismatch in generation and consumption[1]. For this purpose, advanced network of a variety of renewable energy systems along with controllable load and storage units have been introduced[1-3]. This thesis proposes some configurations of hybrid energy harvesting systems, including wind-wind-storage DC power system with BOOST converters, solar-solar-storage DC power system with cascade BOOST converters, wind-solar-storage DC power system with BOOST converter and cascade BOOST converter, and wind-solar DC power system with SEPIC converter and BOOST converter. The models of all kinds of systems are built in Matlab/Simulink and the mathematical state-space models of combined renewable energy systems are also established. Several MPPT control strategies are introduced and designed to maximize the simultaneous power capturing from wind and solar, such as Perturb & Observe (P&O) algorithm for solar and wind, Tip Speed Ratio (TSR) control and Power Signal Feedback (PSF) control for wind, and Sliding Mode Extremum Seeking Control (SM-ESC) for wind and solar systems[4]. The control effects of some of these MPPT methods are also compared and analyzed. The supervisory control strategies corresponding to each configurations are also discussed and implemented to maximize the simultaneous energy harvesting from both renewable sources and balance the energy between the sources, battery and the load[2]. Different contingencies are considered and categorized according to the power generation available at each renewable source and the state of charge in the battery[2]. Applying the system architectures and control methods in the proposed hybrid new energy systems is a novel and significant attempt, which can be more general in the practical applications. Simulation results demonstrate accurate operation of the supervisory controller and functionality of the maximum power point tracking algorithm in each operating condition both for solar and for wind power[3]

In order to achieve sustainable development, countries like Bangladesh need to develop their electricity systems to guarantee their citizens access to modern energy services and achieve economic development, while not compromising the global climate. The purpose of this study is to examine what mix of technologies leads to the least costs for the electricity system under different scenario assumptions. This is done by creating a model of the electricity system, using the linear optimization tool OSeMOSYS. The results show a prominence of ultra-supercritical coal power as the lowest cost option for baseload generation in the business as usual and most other scenarios. Unlike in previous studies, solar power is economically competitive in every single scenario, and only limited by the amount of land available for new capacity additions. However, by following a cost minimization strategy, without emissions restrictions or high carbon prices, the CO2 emissions of the Bangladeshi electricity sector will increase significantly through the end of the model period in 2045. / För att Bangladesh ska kunna utvecklas på ett hållbart sätt behöver det tillgodose sina medborgares behov av både moderna energitjänster och ekonomisk utveckling. Båda dessa faktorer är nycklar till fattigdomsbekämpning. Detta kommer kräva en kraftig expansion av det nationella elsystemet, vilket riskerar att öka de nationella koldioxidutsläppen signifikant, i konflikt med klimatmålen i Parisavtalet. Syftet med denna studie är att undersöka vilken elmix som innebär de lägsta totala kostnaderna för Bangladesh mellan 2019-2045, och hur stora koldioxidutsläpp detta leder till. Denna undersökning inkluderar, utöver ett ”business as usual” scenario, också 10 andra scenarier med en rad olika antaganden om teknik- och bränslekostnader, samt begränsningar av koldioxidutsläpp. Detta undersöktes genom att konstruera en modell av elsystemet med hjälp av det linjära optimeringsverktyget OSeMOSYS. De indata som använts i denna modell har baserats på en litteraturgenomgång som i största möjliga mån syftat till att reflektera nationella förhållanden. Trots detta har internationella data används i ett flertal fall, vilket inte kunnat undvikas, särskilt då modellen prognostiserar en framtida utveckling över 25 års tid. Resultatet visar att ny ultra-superkritisk kolkraft med en hög termisk verkningsgrad är den billigaste formen av elproduktion som också kan byggas ut i tillräckligt stor skala för att utgöra en stomme i elsystemet. Andra tekniker som direkta elimporter (främst från Indien) via transmissionskabel, eller ny kärnkraft är också använda i stor utsträckning i de flesta scenarierna. Existerande naturgaskapacitet används igenom hela modellperioden, men nya kraftverk förbigås generellt då modellen istället investerar i kolkraft, detta utom i scenarier med ett högt pris på koldioxidutsläpp eller strikta utsläppsbegränsningar tillsammans med en hög efterfrågan på el. Till skillnad från resultatet i tidigare studier är el från solpaneler på industriell skala ekonomiskt konkurrenskraftigt i samtliga 11 scenarier, till och med när ett lägre kolpris antogs, tillsammans med den högre av två potentiella kostnadsbanor för solpaneler. Dock begränsas solkraftens förutsättningar av faktumet att Bangladesh är så pass tätbefolkat att det har en förhållandevis dålig tillgänglighet av mark för solkraft, vilket leder till en lägre total potential för tekniken, jämfört med många andra länder. Även med det högsta antagandet av 53 GW potentiell solkraft – vilket kräver 1.2 procent av all mark i Bangladesh – står tekniken för mindre än 25 procent av all elproduktion. Detta innebär att om kostnadsminimering tillåts vara den ledande principen bakom utvecklingen av Bangladesh elsystem – vilket i praktiken har varit regeringens prioritet fram tills nu – kommer det ske stora utsläppsökningar från ny kolkraft, fram till åtminstone 2045. Denna nya kolkapacitet överskrider den utsläppsbudget som är förenlig med Parisavtalets mål om högst 2 graders uppvärmning, med konsekvenser som riskerar att drabba klimatsårbara länder som Bangladesh.

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.

Multi-objective optimization tools using genetic algorithms (GAs) are being increasingly used for improving building performances and sustainability. However, few research studies focus on district-scale solutions. In the present project, a multi-objective optimization method using genetic algorithms was applied in order to help decision makers find the optimal energy mix of a district energy system in the preliminary design phase.   A case study consisting of the new campus Albano in Stockholm (comprising lecture buildings and student residences) was used for the analysis. A wide range of energy systems was included as a design variable: wind turbines, solar thermal collectors and photovoltaic cells, ground-source heat pumps, biomass boilers, combined cooling, heating and power, district heating and district cooling. The energy provided by the chosen technologies and the district energy balances are simulated on an annual basis using a steady-state method with an hourly resolution.   Three objectives functions were to be minimized: (1) the life-cycle costs; (2) the greenhouse gas emissions; and (3) the annual non-renewable primary energy consumption of the district. The optimization process was implemented on MOBO, a multi-objective optimization tool based on genetic algorithms.   The findings include understanding the trade-offs among the three objectives and a selection of alternatives of energy supply systems to be further investigated in the detailed design phase.