In a regional railway signalling system, object controllers are the devices responsible for controlling Track Side Equipment and act as interfaces for TSE with the interlocking computer and the Traffic control system. However, associated cabling (signal and power cabling) and civil works pose a major capital investment and it is a source of significant Capital and Operational expenses, particularly in rural areas, where accessibility andconnectivity to power grid and to the interlocking are a problem. Furthermore, cables/signalling equipment are exposed to sabotage and theft in such areas. This can increase the total Life Cycle Cost even further. The Shift2Rail research programme, which was initiated by the European Union and railway stakeholders, tries to address this issue, and revamp the Object Controller concept through the project “TD2.10 Smart radio connectedwayside object controller”, where the aim is to develop a Smart Wayside Object Controller (SWOC). A SWOC is capable of wireless communication between central interlocking and TSE as well as decentralization of interlocking logic. These innovations can reduce the cabling required, increase the availability of diagnostic data, thus reducing maintenance and operational costs and can lead to power saving by utilizing local power sources. The most important impact of the SWOC is a significant reduction of CAPEX, OPEX and of total LCC for an installation utilizing SWOCs, instead of typical OCS.  This work focuses on estimating the LCC of a SWOC system and to compare it with a conventional OCS by developing an LCC model that covers both cases, as well as to use this model to examine when it is more profitable to implement a SWOC, instead of an OCS system. This is done by utilizing LCC analysis and combining a variety of methods in a parametric study. To that extend, a thorough analysis of a modern regional railway signalling system, as well as the basis for LCCA are being discussed. At the same time, both OC and SWOC systems are being described and factors affecting their cost discussed.  The methodology is comprised of the LCC modelling part as well as the collection of methods and techniques used to calculate the LCC of OC/SWOC systems and to estimate the costs of different sub-models and parameters of the process. For the modelling process, the station of Björbo was chosen, which operates under ERTMS-R system, but for the sake of the analysis it is assumed that the typical base system in place is an OCS and together with the existing track layout and equipment it is used as the basis of the analysis. Finally, the formed LCC model is being used in a parametric study to examine how the LCC is affected by using OC or SWOC as well as how LCC responds to changes in parameters such as number of OC/SWOC, traffic density and local power installation cost for the Björbo station. / I ett regionalt järnvägssignalsystem är utdelar de enheter som ansvarar för att kontrollera spårutrustning och fungerar de som gränsyta för spårutrustning med ställverksdatorn och tågtrafikledning systemet. Dock, tillhörande kablar (signalkablar ock kraftkablar), samt anläggningsinfrastruktur utgör en stor kapitalinvestering och de är en källa till märkbar kapitalkostnad och driftskostnader, särskilt på landsbygdsområden, där tillgänglighet och anslutning till elnätet och ställverket är problematisk. Dessutom, kablar och signalutrustning utsätts för stöld och sabotage i sådana områden. Detta kan öka den totala livscykelkostnaden ytterligare. Shift2rail forskningsprogram, som genomförs av EU och järnvägsintressenter, försöker att ta itu med problemet och modernisera utdelar konceptet genom projektet “TD2.10 Smart Radio Connected Wayside Object Controller”, där målet är att utveckla en Smart Spårutrustning Utdelar, så kallade SWOC. En SWOC har kapacitet för trådlös kommunikation mellan central ställverket och spårutrustning, samt decentralisering av satällverkslogiken. Dessa innovationer kan minska nödvändig kabeldragning, öka tillgängligheten av diagnostiska data, vilket minskar underhålls- och driftskostnader och kan leda till energibesparing genom att använda lokala kraftkällor. Den viktigaste effekten av SWOC är en betydande minskning av kapitalkostnader, driftskostnader och totala livscykelkostnaden för en installation som använder SWOC istället för typiska utdelningsystemet. Detta examensarbete fokuserar på att uppskatta LCC för ett SWOC-system och jämföra det med en konventionell utdelingsystem genom att utveckla en LCC-modell som täcker båda fallen, samt att använda denna modell för att undersöka när det är mer lönsamt att implementera en SWOC istället av ett typiskt utdelingsystem. Detta görs genom att använda LCC-analys och kombinera en mängd olika metoder i en parametrisk studie. För att göradetta genomförs en grundlig analys av ett modernt regionalt järnvägssignalsystem, samt grunden för livscykelanalys. Samtidigt beskrivs både ett typiskt utdelingssystem - och SWOC-system samt faktorer som påverkar deras kostnad deskuteras. Metoden består av LCC-modelleringsdelen samt insamling av metoder och tekniker som används för att beräkna LCC för OC / SWOC-system och för att uppskatta kostnaderna för olika delmodeller och parametrar för processen. För modelleringsprocessen valdes stationen i Björbo, som arbetar under ERTMS-R-systemet, men för analysens skull antas att det typiska bassystemet på plats är en typisk OCS och tillsammans med befintlig planritning ochkabelplan är används som grund för analys. Slutligen används den bildade LCC-modellen i en parametrisk studie för att undersöka hur LCC påverkas genom att använda OC eller SWOC samt hur LCC reagerar på förändringar i parametrar såsom antal OC / SWOC, trafiktäthet och lokala kraftinstallationskostnader för Björbo-stationen.

Det här examensarbetet syftar till att upprätta ett funktionsprogram för ett kretsloppshus där stadens invånare kan nås med kunskap om hållbar utveckling. Bakgrunden till detta är att Borlänge kommun 2017 godkände ett planprogram med visionen att skapa en ny, klimatneutral stadsdel och därmed bli en föregångare för hållbar stadsutveckling i regionen. Arbetet med programhandlingen innebar bland annat att undersöka den bakgrund och de förutsättningar som fanns för ett uppförande av byggnaden. I kommunens planprogram beskrivs byggnaden ha en pedagogisk funktion i stadsdelen och i Borlänge; en plats med fokus på praktisk demonstration och utbildning av elever och boende i kretsloppsfrågor för energi, vatten och avfall/material i en fattbar och intresseväckande skala. Kretsloppshuset planeras att uppföras i anslutning till en ny skola årkurs 6-9 för samverkan i detta syfte. Kommunens tanke är att kretsloppshuset ska fungera som ett nav i stadsdelen, men också att byggnaden ska bli ett besöksmål och sätta Borlänge på kartan vad gäller hållbart byggande. Ett hållbart byggande innefattar bland annat resurshushållning, minimerad energianvändning och förnybara energikällor, men också att resurser som energi, avfall och vatten cirkulerar i kretslopp. Teori har inhämtats ur litteratur som fokuserat på hur vi ska bygga våra hus och städer om vi vill vara med och skapa ett hållbart samhälle. En del av syftet med detta examensarbete var att undersöka hur man på ett pedagogiskt vis kan sprida information om miljö- och kretsloppsfrågor. Examensarbetet teoretiska del fokuserar därför delvis på utvalda delar av pedagogik som inhämtats från tidigare forskning inom barn och ungdomars lärande för hållbar utveckling, eftersom att studier visar att det är viktigt att barn lär sig tidigt om dessa frågor. Utbildning för hållbar utveckling är en viktig förutsättning för att nå de hållbarhetsmål som FN tagit fram till 2030. Kommande generationer måste lära sig ett hållbart levnadssätt redan från start samtidigt som den befintliga befolkningen drastiskt måste förändra sin livsstil. För att samla empiri gjordes intervjuer med personer som är eller har varit inblandade i planeringsarbetet med den nya stadsdelen. Det visade sig att det funnits eldsjälar som tidigt introducerat idén om kretsloppshuset, men att det i nuläget inte får någon större prioritet bland det pågående arbetet med ny skola och bostäder. Att involvera brukarna i ett tidigt skede ger bättre förutsättningar för att nå ett resultat som är effektivt och tillfredställande för alla parter. Teori gällande designdialoger har därför studerats, för att visa på vikten av en god dialog för att snabbt identifiera behov och utveckla idéer i designarbetet. Resultatet av examensarbetet, funktionsprogrammet, kan ses som ett förslag på konceptuell nivå med funktioner och uttryck som kan tillämpas på en byggnad av detta slag, och en inspiration till fortsatt arbete. I funktionsprogrammet gestaltar våra tolkningar hur kretsloppshuset skulle uppfylla de önskemål och funktioner som efterfrågas i planprogrammet, för att i största möjliga mån kunna vara till nytta i kommunens kommande arbete med byggnaden. Slutsatser som togs är att rena föregångare till Jakobsgårdarnas Kretsloppshus som koncept saknas. Trots ett stort antal inspirationskällor ur olika aspekter hittades inget exempel som förenar alla de aspekter som vi har ambitionen att utveckla i den aktuella byggnaden. Kretsloppshuset som koncept kan bli en viktig pusselbit för att hantera hållbarhetsfrågor i en stadsdel eller en hel stad. Ett vidare arbete krävs dock för att undersöka hur byggnaden ska komma att drivas och förvaltas, och en mer omfattande undersökning av vilka tekniska lösningar som ska appliceras. Vidare arbete krävs också för att optimera byggnaden för den framtida platsen, och hur stora ytor som är lämpliga. Det finns ett stort intresse för byggnaden från diverse aktörer i Borlänge, men för att idén om kretsloppshuset ska kunna förverkligas krävs en eller flera personer axlar det engagemang för projektet som fanns när planprogrammet upprättades. / The purpose of this thesis is to establish a functional program for an eco-cycle building where people can be reached with knowledge of sustainable development. The background to this is that the municipality of Borlänge approved a plan program with the vision of creating a new, climate neutral district and thereby become a precursor for sustainable construction in the region. For instance, the functional program is meant to investigate the background and the prerequisites that existed. In the municipality’s plan program, the building is described to have an educational function for the district and for Borlänge; a place which focuses on practical demonstrations and education for students and residents in recycling issues for energy, water and waste/material in a comprehensible and compelling way. The eco-cycle building is planned to be established near the new school, with classes from 6 to 9, to make a cooperation possible. Requests from the municipality is that the eco-cycle building can work like a hub in the new district, but also become a new place of interest and put Borlänge on the map for sustainable construction. Sustainable construction includes resource management, minimized energy use and renewable energy sources, but also that resources like energy, waste and water circulate in an eco-cycle. Theory has been obtained from literature focusing on how we should build our houses and cities if we want to join and create a sustainable society. Part of the purpose of this thesis was to explore how to disseminate information on environmental and circular issues in an educational way. The theoretical part of the thesis is therefore focusing on selected parts of education obtained from previous research in children and youth learning for sustainable development, since studies show that it is important that children learn about these issues early in life. Education for Sustainable Development is an important prerequisite for achieving the sustainability goals set by the UN until 2030. Upcoming generations must learn a sustainable way of life right from the start while the existing population must drastically change their lifestyle. In order to gather empiricism, interviews were held with people who have been involved in the planning work with the new district. It turned out that there were former driving spirits who introduced the idea of the eco-cycle building, but that it doesn’t currently are the major priority in the ongoing work with the new school and housing. Engaging the users at an early stage provides better conditions for achieving a result that is effective and satisfying for all parties. The theory of design dialogues has therefore been studied to demonstrate the importance of a good dialogue to quickly identify needs and develop ideas in design work. The result of the thesis, the functional program, can be seen as a draft on conceptual level with features and expressions that can be applied to a building of this kind, and an inspiration for continued work. In the functional program, our interpretations form how the eco-cycle building would meet the requests and functions that’s been requested in the plan program, in order to benefit as much as possible in the municipality's future work with the building. Conclusions are that there are no precursors of the eco-cycle building as a concept. Despite a large number of sources of inspiration from various aspects, no example was found that combines all the aspects we have the ambition to develop for this building. The eco-cycle building as a concept could play an important role for how to handle sustainable issues in a district or in a whole city. However, further work is required to investigate how the building should be run and managed, as well as more extensive studies of which technical solutions to apply. Further work is also required to optimize the building for the future location, and the size of the building that are appropriate. There is a great interest in the building from various participants in Borlänge, but to implement the idea of the eco-cycle building, one or more people need to embrace the project with the commitment that previously existed in the organization.

Det här examensarbetet syftar till att upprätta ett funktionsprogram för ett kretsloppshus där stadensinvånare kan nås med kunskap om hållbar utveckling. Bakgrunden till detta är att Borlänge kommun 2017godkände ett planprogram med visionen att skapa en ny, klimatneutral stadsdel och därmed bli enföregångare för hållbar stadsutveckling i regionen. Arbetet med programhandlingen innebar bland annat attundersöka den bakgrund och de förutsättningar som fanns för ett uppförande av byggnaden.I kommunens planprogram beskrivs byggnaden ha en pedagogisk funktion i stadsdelen och i Borlänge; enplats med fokus på praktisk demonstration och utbildning av elever och boende i kretsloppsfrågor för energi,vatten och avfall/material i en fattbar och intresseväckande skala. Kretsloppshuset planeras att uppföras ianslutning till en ny skola årkurs 6-9 för samverkan i detta syfte.Kommunens tanke är att kretsloppshuset ska fungera som ett nav i stadsdelen, men också att byggnaden skabli ett besöksmål och sätta Borlänge på kartan vad gäller hållbart byggande. Ett hållbart byggande innefattarbland annat resurshushållning, minimerad energianvändning och förnybara energikällor, men också attresurser som energi, avfall och vatten cirkulerar i kretslopp. Teori har inhämtats ur litteratur som fokuseratpå hur vi ska bygga våra hus och städer om vi vill vara med och skapa ett hållbart samhälle.En del av syftet med detta examensarbete var att undersöka hur man på ett pedagogiskt vis kan spridainformation om miljö- och kretsloppsfrågor. Examensarbetet teoretiska del fokuserar därför delvis påutvalda delar av pedagogik som inhämtats från tidigare forskning inom barn och ungdomars lärande förhållbar utveckling, eftersom att studier visar att det är viktigt att barn lär sig tidigt om dessa frågor.Utbildning för hållbar utveckling är en viktig förutsättning för att nå de hållbarhetsmål som FN tagit fram till2030. Kommande generationer måste lära sig ett hållbart levnadssätt redan från start samtidigt som denbefintliga befolkningen drastiskt måste förändra sin livsstil.För att samla empiri gjordes intervjuer med personer som är eller har varit inblandade i planeringsarbetetmed den nya stadsdelen. Det visade sig att det funnits eldsjälar som tidigt introducerat idén omkretsloppshuset, men att det i nuläget inte får någon större prioritet bland det pågående arbetet med ny skolaoch bostäder.Att involvera brukarna i ett tidigt skede ger bättre förutsättningar för att nå ett resultat som är effektivt ochtillfredställande för alla parter. Teori gällande designdialoger har därför studerats, för att visa på vikten av engod dialog för att snabbt identifiera behov och utveckla idéer i designarbetet.Resultatet av examensarbetet, funktionsprogrammet, kan ses som ett förslag på konceptuell nivå medfunktioner och uttryck som kan tillämpas på en byggnad av detta slag, och en inspiration till fortsatt arbete.I funktionsprogrammet gestaltar våra tolkningar hur kretsloppshuset skulle uppfylla de önskemål ochfunktioner som efterfrågas i planprogrammet, för att i största möjliga mån kunna vara till nytta i kommunenskommande arbete med byggnaden.Slutsatser som togs är att rena föregångare till Jakobsgårdarnas Kretsloppshus som koncept saknas. Trots ettstort antal inspirationskällor ur olika aspekter hittades inget exempel som förenar alla de aspekter som vi harambitionen att utveckla i den aktuella byggnaden. Kretsloppshuset som koncept kan bli en viktig pusselbitför att hantera hållbarhetsfrågor i en stadsdel eller en hel stad. Ett vidare arbete krävs dock för att undersökahur byggnaden ska komma att drivas och förvaltas, och en mer omfattande undersökning av vilka tekniskalösningar som ska appliceras. Vidare arbete krävs också för att optimera byggnaden för den framtida platsen,och hur stora ytor som är lämpliga.Det finns ett stort intresse för byggnaden från diverse aktörer i Borlänge, men för att idén omkretsloppshuset ska kunna förverkligas krävs en eller flera personer axlar det engagemang för projektet somfanns när planprogrammet upprättades. / The purpose of this thesis is to establish a functional program for an eco-cycle building where people can bereached with knowledge of sustainable development. The background to this is that the municipality ofBorlänge approved a plan program with the vision of creating a new, climate neutral district and therebybecome a precursor for sustainable construction in the region. For instance, the functional program is meantto investigate the background and the prerequisites that existed. In the municipality’s plan program, thebuilding is described to have an educational function for the district and for Borlänge; a place which focuseson practical demonstrations and education for students and residents in recycling issues for energy, waterand waste/material in a comprehensible and compelling way. The eco-cycle building is planned to beestablished near the new school, with classes from 6 to 9, to make a cooperation possible.Requests from the municipality is that the eco-cycle building can work like a hub in the new district, butalso become a new place of interest and put Borlänge on the map for sustainable construction. Sustainableconstruction includes resource management, minimized energy use and renewable energy sources, but alsothat resources like energy, waste and water circulate in an eco-cycle. Theory has been obtained fromliterature focusing on how we should build our houses and cities if we want to join and create a sustainablesociety.Part of the purpose of this thesis was to explore how to disseminate information on environmental andcircular issues in an educational way. The theoretical part of the thesis is therefore focusing on selected partsof education obtained from previous research in children and youth learning for sustainable development,since studies show that it is important that children learn about these issues early in life. Education forSustainable Development is an important prerequisite for achieving the sustainability goals set by the UNuntil 2030. Upcoming generations must learn a sustainable way of life right from the start while the existingpopulation must drastically change their lifestyle.In order to gather empiricism, interviews were held with people who have been involved in the planningwork with the new district. It turned out that there were former driving spirits who introduced the idea of theeco-cycle building, but that it doesn’t currently are the major priority in the ongoing work with the newschool and housing.Engaging the users at an early stage provides better conditions for achieving a result that is effective andsatisfying for all parties. The theory of design dialogues has therefore been studied to demonstrate theimportance of a good dialogue to quickly identify needs and develop ideas in design work.The result of the thesis, the functional program, can be seen as a draft on conceptual level with features andexpressions that can be applied to a building of this kind, and an inspiration for continued work. In thefunctional program, our interpretations form how the eco-cycle building would meet the requests andfunctions that’s been requested in the plan program, in order to benefit as much as possible in themunicipality's future work with the building.Conclusions are that there are no precursors of the eco-cycle building as a concept. Despite a large numberof sources of inspiration from various aspects, no example was found that combines all the aspects we havethe ambition to develop for this building. The eco-cycle building as a concept could play an important rolefor how to handle sustainable issues in a district or in a whole city. However, further work is required toinvestigate how the building should be run and managed, as well as more extensive studies of whichtechnical solutions to apply. Further work is also required to optimize the building for the future location,and the size of the building that are appropriate. There is a great interest in the building from variousparticipants in Borlänge, but to implement the idea of the eco-cycle building, one or more people need toembrace the project with the commitment that previously existed in the organization.

Li-ion batteries have demonstrated to be a very flexible source with energystorage capability. Due to their scalability and wide range of power and energydensities, they are suitable for several applications. Li-ion storage cantherefore provide different services, the remuneration of which depends onthe electricity market of the country. In this work, two different case studiesof combination of Li-ion batteries with large-scale renewable power plantshave been investigated: batteries with solar PV in India and with wind powerin Sweden. Simulation models have been developed to assess the operationand profitability potential of different services in these two case studies. Themodels have been built using control algorithms, linear optimization (LP) andstochastic programming techniques. The results show that the use of batteriesfor solar power output smoothing under a power purchase agreement canbe a profitable business case in India. Moreover, batteries providing primaryfrequency regulation (FCR-N) in Sweden show to have a positive economicvalue. System breakeven costs to make the stacking of wind power productionimbalance compensation and FCR-N services profitable have been found,which based on conservative price expectations should be achieved by 2022. / Li-ion batterier har visat sig vara en mycket effektiv källa för lagring av energi.Tack vare deras skalbarhet och det breda utbudet av kraft och energidensiteterhar de flera användningsområden. Li-ion batterier kan därför användas föratt tillhandahålla olika typer av tjänster vars ekonomiska ersättning beror avlandets elmarknad. Detta arbete undersöker två fallstudier av Li-ion batterieri kombination med storskaliga kraftverk som drivs av förnybara energikällor:batterier i kombination med solkraft i Indien och vindkraft i Sverige. Simuleringsmodellerhar utvecklats för att undersöka driften och lönsamhetspotentialenför olika tjänster i de två fallstudierna. Modellerna baserar sig påkontrollalgoritmer, linjär optimering och stokastisk programmeringsteknik.Resultaten visar att användningen av batterier för utjämning av solenergi enligtett kraftköpavtal kan vara lönsamma i Indien. Dessutom har användningenav batterier för primärreglering (FCR-N) visat sig ha ett positivt ekonomisktvärde i Sverige. Breakeven kostnaderna för att göra kombinationen av vindkraftsproduktionensbalanskompensering och FCR-N tjänster lönsamma harhittats, vilket ska uppnås senast år 2022 baserat på en konservativ prisprognos.

The global climate and energy crisis has amplified the need for renewable energy sources, withsolar photovoltaic (PV) systems expected to play a significant role in the future energy mix. In this context, distributed energy systems (DES) are identified as part of the solution to address climate and energy challenges.With the increasing demand for photovoltaic energy sources, there is a growing requirement forefficient Business Case Tools (BCT) to analyze investments in distributed solar PV installations.A two-part model, consisting of a solar model and spot price data, was developed based onparameters such as solar radiation, location, angle, orientation, system losses, installedcapacity, and historical spot price data. The model was integrated with Power BI for investment calculations and visualization of results. The developed model provides approximations for solar PV system electricity production, which were validated against selected installations in allelectricity areas of Sweden. The validation revealed an average relative absolute error of 14.72 percent for the model. The conclusion drawn is that BCT can be utilized to analyze and visualize solar PV investments at specific locations in Sweden. The results indicate that Power BI, as a BCT, has limitations indynamic data collection but performs well in executing calculation of investments and visualizingthe results. Well-developed BCT can facilitate decision-making through real-time calculations and contribute to smoother implementation of distributed systems by providing detailed insightsinto their financial characteristics. Further research is needed to develop a model specificallytailored for distributed installations with storage capabilities. / Världen befinner sig i en global klimat- och energikris vilket ökat behovet av och efterfrågan på förnybara energikällor. Solceller förväntas utgöra en betydande del av den framtida energimixen. I kombination med detta identifieras distribuerade energisystem (DES) som endel av lösningen på klimat- och energifrågan. I takt med den ökade efterfrågan på fotovoltaiska energikällor ställs större krav på effektiva Business Case Tools (BCT) för att analysera investeringar i distribuerade solcellsanläggningar. En modell bestående av två delar, en solmodell och spotprisdata,utvecklades utifrån parametrarna solstrålning, plats, vinkel, riktning, systemförluster, installerad effekt samt historiska spotprisdata. Modellen sammankopplas med Power BI föratt utföra investeringskalkyler och visualisera resultatet. Den utvecklade modellen gerapproximationer för solcellsanläggningars elproduktion, vilket validerades mot utvaldaanläggningar i Sveriges samtliga elområden. Enligt valideringen uppgår modellens genomsnittliga relativa absoluta fel till 14,72 procent. Slutsatsen dras att BCT kan användas för att analysera och visualisera solcellsinvesteringar på specifika platser i Sverige. Resultatet visar att Power BI som BCT har brister när detkommer till dynamisk datainsamling, men genomför och visualiserar investerings kalkyler med enkelhet. Välutvecklade BCT kan användas för att underlätta beslutsfattande genomrealtidsberäkningar och kan bidra till en smidigare implementering av distribuerade systemgenom att belysa deras finansiella karaktär på ett detaljerat sätt. Fortsatt forskning krävs föratt ta fram en modell anpassad för distribuerade anläggningar med lagringsmöjligheter.

Modern power systems are at the forefront of addressing the transition towards a decarbonized energy system, with increased integration of renewable energy sources becoming the key means to achieve the same. In this context, an expansion planning problem provides a decision support framework for investments in new generation and transmission assets over a long time-frame, addressing a wide range of technical and economic criteria aligned with national policies. It is thus an important but complex problem to solve, involving a number of modelling challenges and uncertainties to be considered. These include the treatment of operational variability due to the intermittent nature of renewable sources like wind or solar, while also considering uncertainties such as demand growth, technological developments impacting future investment costs among others, that define the long-term dynamics in the expansion. In this regard, one of the goals of the EU Project Spine is to create open source models to study investment scenarios for the expansion of power systems. This thesis work aims to offer insights for the Spine project, by identifying and exploring various requirements pertinent to a planning problem, along with method development. The primary objective of this thesis is to develop an expansion planning model, that determines the optimal location, size or capacity and time of investment for different candidates in generation and transmission assets, including short-term energy storage. A Mixed-Integer Linear Programming (MILP) optimization problem is formulated for the same, with both investment and operational sub-problems solved together. Operational variability has been modelled in a reduced form using profiles of representative days, while also incorporating contemporary requirements in the planning problem such as penetration targets for renewable generation. The developed model has been evaluated using a case study done on a small test network, in which different expansion scenarios involving varying demand growth and phase-out of conventional generators are investigated. Also, a two-stage stochastic optimization is performed to consider long-term uncertainties in demand growth and the quality of the stochastic solution is analyzed. It is inferred from the results that the expansion solution is indeed different for different scenarios, and stochastic optimization proves to be important in addressing long-term uncertainties, as reflected by a high value of stochastic solution (VSS). / Moderna kraftsystem ligger i framkant när det kommer till omställningen till ett fossilfritt energisystem. Ökad integrering av förnybara energikällor är den främsta lösningen för att uppnå detta. I samband med omställningen kan ett utbyggnadsplanering problem bidra till ramverk för investeringsbeslut för genererings- och transmissionstillgångar över ett långt tidsspann, vilket tar hänsyn till en bredd av tekniska och ekonomiska kriterier i linje med nationella policyer. Detta är ett viktigt, men ett komplext problem som inkluderar ett stort antal modelleringsutmaningar och osäkerheter som måste beaktas. Bland annat inkluderas hur drift varierar på grund av de förnybara energikällornas intermittenta karaktär såsom vind och sol, medan osäkerheter kring hur efterfrågan utvecklas, tekniska framsteg som påverkar framtida investeringar m.m., också behöver vägas in. Med hänsyn till detta är ett av målen för EU Project Spine att skapa en open source för modeller med syftet att studera investeringsscenarier när kraftsystemet expanderar. Syftet med detta examensarbete är att ge insikt i Spine-projektet genom att identifiera och utforska olika relevanta krav för ett planneringsproblem samt att utveckla metoder. Det huvudsakliga målet för detta examensarbete är att utveckla en expanderad planeringsmodell som bestämmer optimal placering, storlek, kapacitet och tidpunkt för investering för olika typer av genererings- och transmissionstillgångar samt kortvarig energilagring. Ett mixed-integer linjär programmering (MILP) optimeringsproblem har formulerats, där både investerings- och drifts-subproblem beräknas tillsammans. Variabel drift av kraftsystemet har modellerats på reducerad form genom att använda profiler för representativa dagar, därtill inkluderas samtida krav i planeringen såsom mål för penetreringsnivå av förnybara energikällor. Den utvecklade modellen har utvärderats i en fallstudie på en liten nätmodell där olika scenarier har utforskats. I scenarierna varieras tillväxten på efterfrågan och när utfasningen av konventionella generatorer sker. Därtill, sker en två-stegs stokastisk optimering för att ta hänsyn till långsiktiga osäkerheter kring tillväxten på efterfrågan och kvalitén av den stokastiska lösningen har analyserats. Resultaten visar att den expanderade lösningen är olika för olika scenarier, och att den stokastiska optimeringen är viktig när långsiktiga osäkerheter måste beaktas som visas genom ett högt värde för den stokastiska lösningen (VSS).

Battery electric vehicles and fuel cell vehicles, i.e. hydrogen vehicles, are promising alternatives to internal combustion engine vehicles to reduce GHG emissions from the transport sector. EV charging and hydrogen refuelling infrastructure is crucial to the deployment of alternative fuels in transport. Although several studies have analyzed electric public buses infrastructure, fuel cell buses have not been the target of such extensive analyses. Additionally, there is a gap in the literature regarding the comparison of infrastructure for these two types of vehicles and their cost and refuelling schedule differences. The study aims to conduct a techno-economic analysis of electricity versus hydrogen refuelling infrastructure to decarbonize public buses, using renewable sources to produce renewable electricity and green hydrogen. The outcome is a proposed system design regarding the size of the refuelling station, storage system capacity, renewable energy capacity, on-site hydrogen production system size, and the optimized refuelling schedule. The system is modelled to minimize the overall system cost while maintaining the current bus service level. The impact of electricity market prices, demand charges and varying bus energy demand in the optimal system configuration and schedule is also addressed. Scenarios are developed to study different levels of new installed renewable capacity integration and how these affect the cost, bus refuelling schedules and infrastructure design. The mixed-integer linear programming problem was modelled using Python. The model is applied to the case study of one bus line in Umeå. One terminal station was chosen to place the refuelling stations. The results show that the most economical option is electrifying the line with electricity supply only from the grid. For scenarios with additional renewable energy capacity installed, the option with 50% integration of new installed capacity is the most economically viable. In both these cases, there is no installation of BESS at the charging station. Electric buses infrastructure is cheaper than hydrogen infrastructure in all scenarios, but these values converge as renewable energy integration increases. For hydrogen infrastructure, the scenario with 50% renewable energy integration is the least costly. Although electric bus infrastructure is more economical than hydrogen infrastructure, hydrogen buses present advantages in terms of significantly higher range and thus higher flexibility for refuelling. Therefore, in the decision-making process to replace a fossil fuel bus line with an alternative fuel bus line, one must consider the multi-dimensional level of the different options. / Batterielektriska fordon och bränslecellsfordon, dvs. vätgasfordon, är lovande alternativ till fordon med förbränningsmotorer för att minska växthusgasutsläppen från transportsektorn. Infrastruktur för laddning av elfordon och tankning av vätgas är avgörande för att alternativa bränslen ska kunna användas inom transportsektorn. Även om flera studier har analyserat infrastrukturen för offentliga elbussar har bränslecellsbussar inte varit föremål för sådana omfattande analyser. Dessutom finns det en lucka i litteraturen när det gäller jämförelsen av infrastruktur för dessa två typer av fordon och deras skillnader i fråga om kostnader och tankningsschema. Syftet med studien är att genomföra en teknisk-ekonomisk analys av infrastruktur för tankning av el respektive vätgas för att avkarbonisera offentliga bussar, med hjälp av förnybara källor för att producera förnybar el och grön vätgas. Resultatet är ett förslag till systemutformning med avseende på tankstationens storlek, lagringssystemets kapacitet, kapaciteten för förnybar energi, storleken på systemet för vätgasproduktion på plats och det optimerade tankningsschemat. Systemet modelleras för att minimera den totala systemkostnaden samtidigt som den nuvarande service nivån förbussarna bibehålls. Effekten av elmarknadspriser, efterfrågeavgifter och varierande energiefterfrågan från bussarna på den optimala systemkonfigurationen och schemat behandlas också. Scenarier utvecklas för att studera olika nivåer av nyinstallerad förnybar kapacitet och hur  dessa påverkar kostnaden, bussarnas tankningsscheman och infrastrukturens utformning. Det linjära programmeringsproblemet med blandade heltal modellerades med hjälp av Python. Modellen tillämpas på fallstudien av en busslinje i Umeå. En ändstation valdes ut för att placera tankstationerna. Resultaten visar att det mest ekonomiska alternativet är att elektrifiera linjen med elförsörjning endast från nätet. För scenarier med ytterligare installerad kapacitet för förnybar energi är alternativet med 50 % integrering av ny installerad kapacitet det mest ekonomiskt lönsamma. I båda dessa fall finns det ingen installation av BESS vid laddningsstationen. Infrastrukturen för elbussar är billigare än infrastrukturen för vätgas i alla scenarier, men dessa värden närmar sig varandra när integrationen av förnybar energi ökar. När det gäller vätgasinfrastruktur är scenariot med 50 % integrering av förnybar energi det minst kostsamma. Även om infrastrukturen för elbussar är billigare än infrastrukturen för vätgasbussar har vätgasbussar fördelar i form av betydligt större räckvidd och därmed större flexibilitet när det gäller tankning. I beslutsprocessen för att ersätta en busslinje med fossila bränslen med en busslinje med alternativa bränslen måste man därför ta hänsyn till de olika alternativens flerdimensionella nivå.

Wind power has become a major supplier of electricity in the European market in the last years. In 2020, 13% of electricity generated on the European continent was wind energy (onshore and offshore) and these shares are projected to increase in the next years due to reasons such as climate change and the energy security aspect. While an increased share of renewable electricity in the electricity mix has a lot of benefits, it also comes with challenges. One of these challenges are the electricity market design and the offtake mechanisms that find application. If national expansion goals for wind energy are to be achieved, wind power plants need to be profitable and hence be an attractive and competitive investment. If wind farms are running within the prevalent merit order system where the energy source with the highest marginal cost sets the electricity price, there is a risk of low or even negative income at times of high wind or solar irradiation. The unforeseeable and potentially low revenues also lead to worse conditions in the financing of wind projects, resulting in high financing costs. To counteract this challenge, governments have set up policy frameworks and subsidies and owners of wind farms have adopted different offtake mechanisms such as pay-as-produced PPAs (power purchase agreements) and baseload PPAs. Additionally, many operators hedge their assets, meaning that risks are reduced by deployment of different offtake mechanisms. All of this is where this study ties in. The objective was to evaluate how the design of markets and offtakes and their respective pricing level and predictability impact the best turbine fit in North and Central Europe. To get to an answer, two key onshore markets within the region have been chosen and characterized, namely Germany and Sweden. Two different turbine types, one with a low capacity factor but high rated power and one with a lower rated power but high capacity factor, have been examined in these markets in order to evaluate which turbine type performs better. A third turbine type which is a new concept in the technology demonstrator stage has been added to the study to assess its performance as compared to the existent turbines. The evaluation has been performed in form of a Use Case Analysis and Sensitivity Study. Finally, the results have been compared and generalized into key takeaways that can be transferred into other markets in the region of North and Central Europe. The study finds that different market characteristics and offtake mechanisms do in fact impact turbine selection and the best turbine fit. Important factors that have been found in this research are the key financial metric (NPV and IRR), market constraints such as a grid constraint, and offtake mechanisms and the predictability of revenues that comes with the offtake. The main impacts on wind turbine selection that can be tied to offtake mechanisms are the payment received per unit of electricity and the level of security that comes with the offtake mechanism. Constant incomes improve financing conditions, meaning that resources from crediting institutes are granted at better conditions if the income can be anticipated. For both markets, the optimal turbine fit varies depending on the boundary conditions. High capacity factor turbines have been found to be a better fit if the developing company considers the IRR as focal financial metric. If the NPV is the focal metric, the results are less clear: While low capacity turbines are a better fit for sites with low revenues from electricity pricing and lower wind conditions, turbines with high rated power benefit from high and secured electricity pricing and high wind speeds where rated power is reached. The German EEG as a special case promotes installation of high capacity turbines due to high and constant revenues per MWh. While the overall Value Pool (payment per MWh of electricity) is higher for Germany, business cases in Sweden benefit from higher turbine lifetimes. / Vindkraft har under de senaste åren blivit en viktig leverantör av el på den europeiska marknaden. År 2020 var 13 % av elproduktionen på den europeiska kontinenten vindkraft (på land och till havs) och dessa andelar förväntas öka under de kommande åren på grund av orsaker som klimatförändringar och energisäkerhet. Även om en ökad andel förnybar el i elmixen har många fördelar, kommer den också med utmaningar. En av dessa utmaningar är elmarknadens utformning och de uttagsmekanismer som tillämpas. Om de nationella utbyggnadsmålen för vindkraft ska kunna uppnås måste vindkraftverken vara lönsamma och därmed utgöra en attraktiv och konkurrenskraftig investering. Om vindkraftsparkerna drivs inom det rådande merit order-systemet, där den energikälla som har högst marginalkostnad sätter elpriset, finns det risk för låga eller till och med negativa intäkter vid tillfällen med mycket vind eller solinstrålning. De oförutsägbara och potentiellt låga intäkterna leder också till sämre villkor för finansiering av vindkraftsprojekt, vilket resulterar i höga finansieringskostnader. För att motverka denna utmaning har flera regeringar inrättat politiska ramverk och subventioner och ägare av vindkraftsparker har infört olika uppköpsmekanismer såsom PPA (Power Purchase Agreement) med betalning efter produktion och PPA för basbelastning. Dessutom säkrar många operatörer sina tillgångar, vilket innebär att riskerna minskas genom användning av olika upptagningsmekanismer. Målet var att utvärdera hur utformningen av marknader och upptag samt deras respektive prisnivå och förutsägbarhet påverkar den bästa turbinanpassningen i Nord- och Centraleuropa. För att komma fram till ett svar har representativa marknader inom regionen valts ut och karakteriserats, nämligen Tyskland och Sverige. Två olika turbintyper, en med låg kapacitetsfaktor men hög nominell effekt och en med lägre nominell effekt men hög kapacitetsfaktor, har undersökts på dessa marknader för att utvärdera vilken turbintyp som presterar bättre. En tredje turbintyp som är ett nytt koncept i teknikdemonstratorstadiet har lagts till i studien för att bedöma dess prestanda jämfört med de befintliga turbinerna. Utvärderingen har utförts i form av en användningsfallsanalys och en känslighetsstudie. Slutligen har resultaten jämförts och generaliserats till viktiga slutsatser som kan överföras till andra marknader i regionen Nord- och Centraleuropa. Studien visar att olika marknadsegenskaper och uppköpsmekanismer påverkar valet av turbin och vilken turbin som passar bäst. Viktiga faktorer som har hittats i denna forskning är det viktigaste finansiella måttet (NPV och IRR), marknadsbegränsningar som spetshöjd eller nätbegränsningar, och uppköpsmekanismer och förutsägbarheten av intäkter som kommer med uppköpet. De viktigaste faktorerna som påverkar valet av vindkraftverk och som kan kopplas till avsättningsmekanismer är den betalning som erhålls per enhet el och den säkerhetsnivå som följer med avsättningsmekanismen. Konstanta inkomster förbättrar finansieringsvillkoren, vilket innebär att resurser från kreditinstitut beviljas på bättre villkor om inkomsterna kan förutses. För båda marknaderna varierar den optimala turbinpassningen beroende på gränsvillkoren. Turbiner med hög kapacitet har visat sig passa bättre om utvecklingsföretaget betraktar internräntan som ekonomiska nyckeltal. Om NPV är det centrala måttet är resultaten mindre tydliga: Medan turbiner med låg kapacitet passar bättre för platser med låga intäkter från elpriser och lägre vindförhållanden, gynnas turbiner med hög nominell effekt av höga och säkra elpriser och höga vindhastigheter där nominell effekt uppnås. Det tyska EEG är ett specialfall som främjar installation av turbiner med hög kapacitet på grund av höga och konstanta intäkter per MWh. Medan den totala värdepoolen (betalning per MWh el) är högre för Tyskland, gynnas affärsfall i Sverige av högre livslängd för turbinerna.

France is planning a strong development of solar photovoltaics (PV) and wind power in the medium term disrupting the power system. This Master Thesis analyzes the impacts of variable renewable energy production on the supply-demand balance from 2021 to 2025 in France. The model used relies on a dynamic programming method. The analysis is based on the assessment of indicators such as price signals, margins, loss of load duration (LOLD), expected energy not served (EENS) and nuclear drop stop that characterize the supply-demand balance and the security of supply of the electricity system. Wind power and PV are two very different technologies. Their load factor is very sizeable as it characterize their seasonality, variability and predictability and has an impact on all medium-term indicators. Wind power and PV have low marginal costs and their production is seasonal and in anti-phase. With new installed capacity, their added production in the supply-demand balance will substitute first the imports from the interconnections until saturation and then nuclear and thermal power plant production. Prices decrease with the same seasonality as the production and need to be considered when establishing the nuclear planning for the years to come. In addition a re-optimization of hydro power is observed. In terms of security of supply, wind power is more efficient than PV when assessing the reduction of LOLD but both are far from the performance of combined cycle gas turbines (CCGT). Lastly, the lack of nuclear production opportunities increases considerably more with PV due to a very localised production during the day which coincides in summer with periods of low consumption. Wind power and PV are two distinct technologies and should not be put in the same category when assessing their impact on the power system. / Frankrike planerar en stark utveckling av solceller (PV) och vindkraft på medellång sikt för att störa kraftsystemet. Detta examensarbete analyserar effekterna av varierande produktion av förnybar energi på balans mellan utbud och efterfrågan från 2021 till 2025 i Frankrike. Modellen som används bygger på en dynamisk programmeringsmetod. Analysen baseras på bedömningen av indikatorer som prissignaler, marginaler, förlust av lasttid (LOLD), förväntad energi som inte serveras (EENS) och kärnkraftsfallstopp som kännetecknar efterfrågan och utbudssäkerheten för el systemet. Vindkraft och solceller är två mycket olika tekniker. Deras belastningsfaktor är mycket stor eftersom den kännetecknar deras säsongsvariation, variation och förutsägbarhet och påverkar alla medellångsiktiga indikatorer. Vindkraft och solceller har låga marginalkostnader och deras produktion är säsongsbetonad och i fas. Med ny installerad kapacitet kommer deras extra produktion i utbuds- och efterfrågan att ersätta importen från sammankopplingarna till mättnad och sedan produktion av kärnkraft och värmekraftverk. Priserna sjunker med samma säsong som produktionen och måste beaktas när kärnkraftsplaneringen fastställs för de kommande åren. Dessutom observeras en återoptimering av vattenkraften. När det gäller försörjningstrygghet är vindkraft effektivare än solceller vid bedömning av minskningen av LOLD men båda är långt ifrån prestanda för kombinerade cykelturbiner (CCGT). Slutligen ökar avsaknaden av kärnkraftsproduktionsmöjligheter betydligt mer med solceller på grund av en mycket lokal produktion under dagen som sammanfaller på sommaren med perioder med låg konsumtion. Vindkraft och solceller är två olika tekniker och bör inte placeras i samma kategori när man bedömer deras inverkan på kraftsystemet.