Examining methods for controlling the electricity demand in Kuwait was the main objective and motivation of this researchp roject. The extensiveu se of air-conditioning for indoor cooling in office and large commercial buildings in Kuwait and the Gulf States represents a major part of the power and electricity consumption in such countries. The rising electricity generation cost and growing rates of consumption continuously demand the construction new power plants. Devising and enforcing Demand-SideM anagemen(t DSM) in the form of energye fficient operations trategies was the response of this research project to provide a means to rectify this situation using the demand-side management technique known as demand levelling or load shifting. State of the art demand-sidem anagementte chniquesh ave been examined through the developmenot f a model basedp redictive control optimisations trategyf or an integrateda ndm odulara pproachto the provisiono f ice thermals torage. To evaluate the potential of ice-storage assisted air-conditioning systems in flattening the demand curve at peak times during the summer months in Kuwait, a model of a Heating, Ventilation, and Air-conditioning (HVAC) plant was developed in Matlab. The model engaged the use of model based predictive control (MPQ as an optimisation tool for the plant as a whole. The model with MPC was developed to chose and decide on which control strategy to operate the integrated ice-storage HVAC plant. The model succeeded in optimising the operation of the plant and introduced encouraging improvement of the performance of the system as a whole. The concept of the modular ice-storage system was introduced through a control zoning strategy based on zonal orientation. It is believed that such strategy could lead to the modularisation of ice-storage systems. Additionally, the model was examined and tested in relation to load flattening and demonstrated promising enhancement in the shape of the load curve and demonstrated flattened demand curves through the employed strategy. When compared with measured data from existing buildings, the model showed potential for the techniques utilised to improve the load factor for office buildings.

Examining methods for controlling the electricity demand in Kuwait was the main objective and motivation of this researchp roject. The extensiveu se of air-conditioning for indoor cooling in office and large commercial buildings in Kuwait and the Gulf States represents a major part of the power and electricity consumption in such countries. The rising electricity generation cost and growing rates of consumption continuously demand the construction new power plants. Devising and enforcing Demand-SideM anagemen(t DSM) in the form of energye fficient operations trategies was the response of this research project to provide a means to rectify this situation using the demand-side management technique known as demand levelling or load shifting. State of the art demand-sidem anagementte chniquesh ave been examined through the developmenot f a model basedp redictive control optimisations trategyf or an integrateda ndm odulara pproachto the provisiono f ice thermals torage. To evaluate the potential of ice-storage assisted air-conditioning systems in flattening the demand curve at peak times during the summer months in Kuwait, a model of a Heating, Ventilation, and Air-conditioning (HVAC) plant was developed in Matlab. The model engaged the use of model based predictive control (MPQ) as an optimisation tool for the plant as a whole. The model with MPC was developed to chose and decide on which control strategy to operate the integrated ice-storage HVAC plant. The model succeeded in optimising the operation of the plant and introduced encouraging improvement of the performance of the system as a whole. The concept of the modular ice-storage system was introduced through a control zoning strategy based on zonal orientation. It is believed that such strategy could lead to the modularisation of ice-storage systems. Additionally, the model was examined and tested in relation to load flattening and demonstrated promising enhancement in the shape of the load curve and demonstrated flattened demand curves through the employed strategy. When compared with measured data from existing buildings, the model showed potential for the techniques utilised to improve the load factor for office buildings.

På grund av den rådande energiomställningen flockar både företag och privatpersoner till mer effektiva och gröna energislag. I många fall är dessa via elnätet, vilket gör det lämpligt att se över hur ett lokalnät påverkas av en sådan ökning av effekt samt om det finns kapacitetsbrist. Syftet är att utreda mängen nya elbilsladdare till 2030, samt undersöka om det finns kapacitetsbrist vid både normalt kopplingsläge samt två reservkopplingslägen. Det ska även undersökas om det finns nyckeltal för olika dimensioneringskriterier. De metoder som används för att uppskatta en framtida toppeffekt i nätet är olika. Den ena antar en homogen ökning samtidigt som den andra baserar sin väntade ökning på antal hushåll, parkeringsplatser och verksamheter i området runtomkring en nätstation. Det blir ganska stor spridning, samt olika slags resultat för de olika kopplingslägena. Utifrån uppskattningarna som gjordes, simulerades den nya högsta effekten för de olika scenarierna och kopplingslägena och därefter beräknades belastningen i kablarna för dessa. Simuleringar visade att det finns kablar i alla scenarierna som inte håller upp till företagets egna mål angående belastning i kablarna. I reservkopplingsläget klarade många kablar heller inte av den högsta strömmen som kan förväntas under högsta lasttimmen utifrån databladet för kablarna. När topplasten ökar, ökar även antalet kablar som blir överbelastade, i scenario 1 blev det många fler jämfört med nuläget och scenario 2. För de normala kopplingsläget gick det nästan alltid att byta ut till grövre kablar för hålla sig under den angivna belastningsgraden av 50$\%$ eller precis ovanför.  För reservkopplingslägena blir det svårare då kablarna måste ha en belastningsgrad under $100\%$ för att inte överlastskydden ska slå till. Där hittades det att byta till grövre kablar inte alltid var bäst då högsta strömmen var högre än den grövsta kabeln som används. Denna högsta strömmen verkar bero på att en slinga ska reservmata fler än en annan slinga. Det kan då vara lämpligt att bygga fler reservslingor som då kan underlätta vid reservmatningsläget. / Given the roaring energy transition, both people and companies want to be ahead of the curve and change to more energy efficient and green energy con- sumption. In most cases these renewable energy have to use the electrical grid, which is why this study focuses on the distribution network in a local electrical grid regarding its capacity. The goal is to estimate and investigate the amount of charging points for electrical vehicles in regards to the available capacity in the network. This is to be done in three different network configurations, which is then to conclude in dimensioning criterias. The three methods used to estimate the increase in top load in the local electrical grid are different. Two of the assumes a linear increase in the top load of every transformer, while the other one is based on the area which the sub- station is placed and estimates according to households, businesses and parking places. Where the top load increase differes between the different scenarios. With the estimations at hand, the different network configurations were simulated and subsquently calculated the load in the cables for the different scenarios. These simulations pointed out that there are cables in every scenario that are not up to par with the companys goal of limiting the load in the network configuration that is normally used. Aswell as not up to par with the cable data sheet in the reserve configuration. As the top load increase the amount of cable above the threshold increased, especially in scenario 1 for the normal configura- tion mode. In most cases in the normal configuration mode changing the cable to a 240mm2 cable would solve the problem. For the reserve configuration mode it was not always that simple, mostly because one trail of cable sometimes back up several other trails. Resulting in a bottle neck between the trails, some of these are not fully up to par, and some of them even have a higher maximum current than what the cables that are used can handle. Which meant that so- mething other than changing cable would be prefered, the best option seems to be increasing the amount of trail that can back up in the reserve configuration

An increased amount of intermittent electricity production, more electric vehicles (EV), and an overall electrification of society may all cause a higher variability between the balance of supply and demand on the electric grid. Battery storage has been identified as a solution to the emerging problem asit can be charged during hours of low power demand and then discharged to help meet the power demand during peak loads. This master thesis investigates how characteristics from yearly power demand data can be defined so that a battery energy storage system (BESS) can be dimensioned for it and which parameters are important when dimensioning a BESS. The investment cost of the dimensioned BESS is investigated and calculated, and there is as well a general discussion of potentials, drivers, and barriers for a grid owner to implement a BESS. The master thesis includes a literature study and a case study performed together with Tekniska verken and its subsidiary company Tekniska verken Nät where three cases of varying sizes were investigated:• An EV charging station, with a peak power demand of up to 1 MW.• A distribution station, with an original peak power demand of close to 3 MW.• Purchased power from the regional grid, with a peak power demand of almost 152 MW. By dimensioning a BESS from a year-long data curve of the hourly power demand, a power limit was set. The highest peak power value over the power limit, the longest peak duration, and the highest energy peak were then identified to establish the curve characteristics. A battery storage was investigated to see if it could be used to meet the demand occurring when implementing a power limit to the yearly power demand curve. Batteries store electrical energy in the form of electrochemical energy and then transforms the energy back into electrical energy when needed and does so with varying efficiency according to the type of chemistry that is used in the battery. The so-called lithium ion (li-ion) battery is mostly used today and utilizes lithium in the shape of ions along with a metallic cathode and a carbon anode. The cathode and anode can vary in a li-ion battery chemistry, which varies its characteristics and means that there are multiple types of li-ion battery chemistry types. The specific li-ion battery chemistry lithium iron phosphate (LFP), was established as the most applicable battery due to its high energy density, easy to attain materials, general safety, maturity, and amount of discharge cycles it can handle throughout its lifetime. A BESS could be modelled from the LFP limitations and data curve for each case. The results showed that a short-duration variability of a power demand was a success factor for the implementation of a BESS. It allows the BESS to recharge often and the minimum required energy capacity could be lower and more optimal. An investment cost insecurity was established from literature when comparing estimates, as it could vary depending on the published date, used battery chemistry, taxes, and subsidies in the origin country of the literature. Therefore an estimate given by the Swedish transmission system operator (TSO), Svenska Kraftnät of 5-6 MSEK/MWh from a report published in late 2022 was deemed most relevant. An investment cost for each scenario in every case could be calculated and additional economical benefits relevant in the cases such as comparing to the cost of conventional grid reinforcement or economical gains from a lowered grid subscription were investigated. However, an overall conclusion that the investment cost of a BESS was too expensive to be deemed feasible and that there were no overwhelming economical gains from reducing the peak loads was made. A final generalization and discussion of drivers and barriers concluded that the applicability of a BESS can be identified by the defining characteristics of a demand curve. Moreover, it was found that the BESS investment cost was too high when only applying it for grid reinforcement methods. Although, a BESS can have additional benefits to the grid stability. The grid owner cannot however, own a BESS and use it on the frequency service market which otherwise would potentially make it economically feasible to strengthen the grid. The ultimate goal of the project is to help create a broader understanding of battery storage as part of the electrical network, where and when it can be applicable, and how one could go about investigating its use. / En ökad mängd variabel elproduktion, fler elbilar och en elektrifiering av samhället i helhet. Detta kommer skapa en högre variabilitet och därmed större obalans mellan tillförsel och efterfrågan på elnätet. Batterilagring har identifierats som en potentiell lösning till det ökade problemet då det kan laddas vid ett lågt effektbehov och urladdas vid ett högt effektbehov. Genom detta examensarbete kommer det undersökas hur karaktäristik från årliga effektkurvor kan definieras. Det görs i syfte av att dimensionera ett batterilagringssystem utefter datan. Därefter undersöks även vilka parametrar som är viktiga vid dimensioneringen av ett batterilagringssystem. Utefter de dimensionerade batterilagringssystemen tas även en investeringskostnad fram. En diskussion framförs även utifrån den generella potentialen, drivkrafter och barriärer som finns vid implementering av ett batterilagringssystem från perspektivet av en nätägare. Examensarbete består av en litteraturstudie och en fallstudie som genomförs i samarbete med Tekniska verken i Linköping AB och Tekniska verken Nät, där tre fall av varierande storlek undersöks:• En elbilsladdningstation, med ett toppeffektbehov på upp till 1 MW.• En fördelningsstation, med ett ursprungligt toppeffektbehov på nästan 3 MW.• Köpt effekt från det regionala nätet, där toppeffektbehovet uppgår till nästan 152 MW. Vid dimensionering av ett batterilagringssytem från den årliga effektkurvan måste en effektbegränsning sättas. Därefter kan den överstigande effektopplasten, den längsta tiden effektbegränsningen överstigs och den högsta överstigande energin tas fram, för att etablera kurvans karaktäristik. En undersökning gjordes om ett batterilager kunde användas för att möta effektbehovet då en effektbegränsning införs till den årliga effektkurvan. Batterier lagrar elektrisk energi i formen av elektrokemisk energi för att sedan transformera tillbaka det till elektrisk energi då det finns ett behov. Effektiviteten av transformeringen varierar beroende på den kemiska blandningen som batteriet är uppbyggt av. Det så kallade litiumjonbatteriet är det mest använda idag och nyttjar litium i formen av joner tillsammans med en metallisk katod och en anod av kol. Katod och anod kan variera vilket medför en förändrad karaktäristik och betyder alltså att det finns olika sorters litiumjonbatterier. Den specifika litiumjärnfosfat (LFP) blandningen ansågs mest användbar i elnätsapplikationer. Detta på grund av sin höga energidensitet, lättillgängliga material, generella säkerhet, teknikens mognad och mängden urladdningscyklar den kan hantera. Ett batterilagringssytem kunde då modellerades utefter LFP-batterikemin i kombination med den årliga effektkurvan för varje fall. Resultatet därifrån visade att en korttidsvariabilietet av effektbehovet var en framgångsfaktor vid implementeringen av ett batterilagringssystem. Detta då det tillåter för ett batterilagringsystem att återladdas oftare och en lägre minimal energikapacitet kan dimensioneras vilket gör den mer optimal. Vid undersökning av investeringskostnaden upptäcktes en svaghet i litteraturen vid jämförandet av kostnadsuppskattningar. Uppskattningen kunde variera beroende på publiceringsdatum, val av batterikemi, landets skatter och bidrag. Därav valdes en kostnadsuppskattning från den svenska stamnätsägaren, Svenska Kraftnät på 5–6 MSEK/MWh utifrån en rapport publicerat sent i 2022 som mest relevant. Utifrån kostnadsuppskattningen kunde en beräkning av investeringskostnad och ytterligare ekonomiska gynnsamheter relevanta för varje fall undersökas (såsom en jämförelse mot konventionell nätförstärkning eller sänkt abonnemangskostnad). Den generella slutsatsen som drogs var däremot att investeringskostnaden för ett batterilagringssystem var för dyrt för att vara ekonomiskt genomförbart. Det var dessutom inga betydande ekonomiska gynnsamheter som kunde ändra på det då batterilagringssystemet endast användes till att sänka toppeffektlaster. En avslutande generalisering och diskussion av drivkrafter och barriärer framgav att applicerbarheten av ett batterilagringsystem kunde definieras utifrån den identifierade karaktäristiken av den årliga effektkurvan. Dessutom framkom det att investeringskostnaden i varje fall var för hög då batterilagringssystemet endast nyttjades som nätförstärkning. Hursomhelst kan ett batterilagringssystem bidra till ytterligare fördelar i elnätets stabilitet. Elnätsägaren kan inte äga ett batterilagringssystem och använda det på effektreservmarknaden som annars kunde bidra till batterilagringssystemets ekonomiska genomförbarhet. Det slutliga målet av arbetet har varit att ge en bredare förståelse för batterilagring som en del av elnätet. Detta genom att ta reda på när och var det är applicerbart och hur man kan utvärdera dess användning.