Idag är elnätet i Norrland särskilt känsligt för avbrott. Norrlandsnätet har hög andel radiella luftledningar och med allt större krav på leveranssäkerhet är reservkraftsmatning ofta nödvändig för att klara kraven. Genom att studera Vattenfalls rapporter vid avbrott samlades nödvändig data om fel som överstiger lagstadgade tider. Observationer i Vattenfalls nätverksinformationssystem låg till grund för bedömningen av nätets uppbyggnad i området. Informationen om data på relevanta anläggningsdelar hämtades från tillverkarens datablad. Tillgången till reservkraft är idag ojämnt fördelad där det generellt ses att känsliga områden har klart mindre tillgång till reservkraft än mindre känsliga områden. Utöver det används inte den tillgängliga reservkraften i den utsträckning det skulle vara möjligt för det kan ses som slöseri med resurser. En förflyttning av viss reservkraft till områden med hög felfrekvens är lämpligt för att minska ersättningar som måste betalas ut till nätkunderna då avbrottstiden blir för lång. Vidare undersöktes under projektet om felbortkoppling inom rimlig tidsram uppfylls vid reservmatning. Detta resulterade i en tabell som kan användas för att kontrollera om den inkopplade matningen ger den nödvändiga kortslutningsströmmen som krävs för att säkerställa felbortkoppling. / Today, the power grid in the Swedish province of Norrland is particularly sensitive to interruptions. With a high proportion of overhead and radial lines and increasing demand on reliability of the power supply means backup power supply is often necessary to meet the requirements. By studying interruption reports available at Vattenfall the necessary data about faults that exceed statutory periods was gathered. Observations in Vattenfalls network information system formed the basis for the assessment of the grid structure in the area. Information about the data on the relevant plant sections was retrieved via the manufacturers' datasheets. Today access to the back-up power is unevenly distributed where sensitive areas in general have considerably less access to back-up power than less sensitive areas. In addition, the available back-up power is not used to the extent it would be possible because it can be seen as a waste of resources. Relocation of some back-up power to areas with high fault rates is suggested in order to reduce the compensation that must be paid to the customers in case of long power outages. It was also examined during the project if proper fault disconnection within a reasonable time frame is met. This resulted in a table that can be used to verify if the connected power supply has the required short-circuit power to ensure fault disconnection.

Ett kärnkraftverk producerar inte bara elenergi, det är även beroende av det bl.a för kylning av reaktorn. Därför finns åtskilliga säkerhetssystem för reservkraft och ett av dessa system är dieseldrivna generatorer. På en av reaktorerna i Oskarshamn har man fyra sådana generatorer men de börjar bli gamla och det finns ett behov av att skaffa en ny generator för att kunna frigöra de gamla en i taget och göra en grundlig genomgång på dem. Det här examensarbetet kom till för att undersöka om det är möjligt att få fram en ny generator som går att använda som ersättare medans en gammal plockas ner för total genomgång. Det omfattar även kringutrustningen till generatorerna som är lika viktig för dess funktion. För att få fram vad som krävs har jag behövt sätta mig in i hur systemet är uppbyggt och fungerar. Sedan har jag använt mina egna och min handledare på OKG:s kunskaper för att ta fram en specifikation på vad som krävs av en ny generator. Sedan har mycket tid lagts på att leta uppgifter och värden i datablad för att kunna slutföra specifikationen som också är resultatet av arbetet. Jag har även varit i kontakt med en generatortillverkare för att få veta hur dem ställer till kraven och utifrån det kommit med förslag på hur man ska gå vidare med det här projektet. Det har även genomförts en mätning på de befintliga generatorerna för att undersöka skicket på dem.

Detta examensarbete är en konceptstudie som har genomförts tillsammans med BAE System. Huvudmålet är att ta fram gällande lagkrav samt ett förslag på en teknisk lösning. Den tekniska lösningen ska utvecklas för att kunna använda ett hybridfordon för att kunna verka som reservkraftanläggning. Det som framkommer i rapporten är att lagkraven är möjligt att efterleva och därför finns en utvecklingspotential i den tekniska lösningen. Tekniskt sett är det möjligt att ansluta hybridfordonet till elnätet. Detta kan genomföras genom att likrikta spänningen från generatorn i hybridfordonet för att sen ansluta till en omriktare som kan skapa en önskvärd amplitud på sinusspänningen. Efter omriktaren kommer det behövas ett LCL-filter för att på så sätt få en renare AC-spänning. Spänningen kommer sen att behöva kopplas in på en transformator för att kunna skapa ett TN-S system.  För att kunna skapa ett TN-S system kommer transformatorn behöva vara av typen D/Yo så man på Y0 kan ansluta en jordpunkt för att kunna uppnå ett direktjordat system vilket underlättar för att kunna bygga upp ett nät med selektivitet. För att få dom olika delarna att samverka behövs kommunikation mellan hybridfordonet och omriktaren om vilket effektbehov som finns.

The thesis is structured as a result report, with each part of the findings divided into separate sections. The project's aim is to investigate the potential of replacing Umeå Energi AB's mobile diesel generators with mobile battery storage as backup power during situations wheredisconnection from the power grid is necessary. The research question has been addressed by conducting a comparative analysis between a reference product of mobile battery storage and Umeå Energi AB's diesel generators. The analysis covered various aspects, including emissions of carbon dioxide equivalents, economic factors based on purchase, operation, and maintenance costs, as well as a life cycle cost analysis. In addition to the analysis of backup power, the potential for mobile battery storage to generate passive income by offering support services in the form of frequency regulation to the power grid was also investigated. To answer these questions, historical operational data from existing diesel generators used for backup power by Umeå Energi was utilized, along with historical revenues from the FCR-D support service over the past year. Data regarding fuel costs, energy costs, emission factors, and other essential information was collected from internet and literature sources. The results indicate that mobile battery storage is an alternative to mobile diesel generators for backup power, though only for a limited time period depending on specific energy needs. The analysis also demonstrates that using battery storage as an alternative to diesel reduces carbon dioxide equivalent emissions by up to 85%, while operating costs are reduced by 90.3%. The life cycle cost analysis shows that battery storage generates a positive return of over 620,000 SEK over a 10-year life cycle with included support services, despite the relatively high purchase cost of 3 MSEK. In contrast, the diesel generator results in an expenditure of 1.73 MSEK over the time period, excluding any potential residual value. Additionally, battery storage has the potential to contribute to a reduction of up to 31 tons of CO2e over its life cycle. While the potential economic and environmental benefits of battery storage are evident, the analysis also explains the current usage history of diesel generators. Mobile battery storage has the potential to be an alternative to diesel generators, but a drawback is the limited energy capacity, making it less reliable compared to the diesel generator. / Examensarbetet är skrivet som en resultatrapport där varje delresultat är indelade i separata sektioner.Projektets syfte är att undersöka möjligheten att ersätta Umeå Energi AB:s mobila dieselgeneratorer med mobil batterilagring som reservkraft under situationer där frånkoppling från elnätet är nödvändigt. Tekniska, ekonomiska och miljömässiga möjligheter har undersökts genom en jämförandeanalys mellan en referensprodukt av mobil batterilagring och Umeå Energi AB:s dieselgeneratorer. Analysen omfattar en bedömning av batteriets energimängd under förutsättningar att det kan transporteras med BE-körkort, inklusive utsläpp av koldioxidekvivalenter, ekonomiska faktorer baserade på inköp, drift och underhållskostnader samt en livscykelkostnadsanalys. Utöver analysen av reservkraft, har även potentialen för mobil batterilagring att generera passiva intäkter genom att erbjuda stödtjänster i form av frekvensreglering till elnätet undersökts. För att besvara dessa frågor har historisk driftinformation från befintliga dieselgeneratorer för reservkraft hos Umeå Energi använts, tillsammans med historiska intäkter för stödtjänsten FCRD under det senaste året. Data angående bränslekostnader, energikostnader, emissionsfaktorer och annan väsentlig information har samlats in från internet och litteraturkällor. Resultaten visar att mobil batterilagring är ett alternativ till mobila dieselgeneratorer som reservkraft, men detta gäller endast under en begränsad tidsperiod som beror på det specifika energibehovet. Analysen påvisar också att vid användning av batterilagring som alternativ till diesel minskar utsläppen av koldioxidekvivalenter med upp till 85 %, samtidigt som driftskostnaderna reduceras med 90,3 %. Livscykelkostnadsanalysen visar att batterilagringen genererar en positiv avkastning på över 620 000 SEK över en livscykel på 10 år med inkluderade stödtjänster, trots batterilagringens förhållandevis dyra inköpskostnad på 3 MSEK. Motsvarande resultat för dieselgeneratorn under samma livscykel påvisar en utgift på 1,73 MSEK. Dessutom har batterilagringen potential att bidra till en reducering av koldioxidekvivalenter med upp till 31,5 tonCO2e under en livscykel. Samtidigt som de potentiella ekonomiska och miljömässiga fördelarna med batterilagringen är uppenbara, belyser analysen även den nuvarande användningshistoriken för dieselgeneratorer. Mobil batterilagring har potential till att vara ett alternativ till dieselgeneratorer, dock är en nackdel den begränsade energikapaciteten vilket gör den mindre tillförlitlig i förhållande till dieselgeneratorn.

In hydropower plants it is necessary to always have local power supply. Therefore, the plants are equipped with batteries as stationary back up power. Vattenfall Vattenkraft is using lead acid batteries but has been investigating alternatives to replace them. The aim of this study is to investigate the potential of using Li-ion technology as back up power. The study showed that Li-ion batteries have many qualities. The Li-ion technology will decrease the space and maintenance demand. The technology also eliminates many of the personal safety risks that lead acid batteries may cause. Unfortunately overcharging or overheating the Li-ion battery may result in fire or explosion. Those risks are reduced by an electronic battery management system and mechanical protection. The result from the cost comparison between the two battery technologies showed that the maintenance costs decreases with 70 % when using Li-ion battery. The purchase cost of Li-ion batteries is almost three times higher compared to lead acid batteries. But prices will probably drop drastically in the coming years. According to this study Li-ion has great potential to replace the lead acid battery.  Vattenfall Vattenkraft should wait until the technology develops further and prices decrease before any larger installations are made. But small installations should be considered in order to get more experience of the technology.

Dagens samhälle blir allt mer beroende av el och förväntningar att ha tillgång till en välfungerande elleverans dygnet runt ökar för var dag. Detta innebär att en elleverans med få avbrott och en hög leveranssäkerhet i elnätet är en prioritet. När det väl sker ett avbrott påverkas alla delar av samhället och från ett ekonomiskt perspektiv kan avbrott innebära dyra kostnader för alla inblandade parter, inte minst för elnätsföretagen. Detta examensarbete innefattar en undersökning av hur mycket aviserade (planerade) avbrott egentligen kostar Skellefteå Kraft Elnät AB (SKEAB). För att göra detta har kostnader för tre olika planerade avbrott analyserats. SKEAB vill kunna minska sina avbrottstider och antalet avbrott för att uppnå en god leveranssäkerhet i sitt nät. För att åstadkomma en säker elleverans finns det olika metoder som kan tillämpas, de två som undersöks i detta arbete är att mata berörda kunder från ett reservelverk och metoden arbete med spänning (AMS). Kostnader för dessa metoder beräknas för att jämföra skillnaderna mellan att ha avbrott eller avbrottsfritt för kunder när arbeten utförs i elnätet. Arbetet har utgått från 2022 års avbrottsrapport för SKEAB för att beräkna avbrottskostnaderna med hjälp av Energimarknadsinspektionens beräkningsmetod. Övriga kostnader estimeras utifrån EBRs kostnadskatalog samt internt material från Skellefteå Krafts koncern. Eftersom alla exempelavbrott har olika förutsättningar har respektive metod tillämpats endast på de exempelavbrott som det är möjligt att nyttja. För exempelavbrott 1 jämförs avbrott gentemot matning med reservelverk. Avbrottet beror på ett åtgärdsarbete på en transformator i en stor fördelningsstation, vilket medför att många kunder drabbas. I denna jämförelse upptäcktes det att nyttjande av reservelverk är ett billigare alternativ än ett långt avbrott för alla berörda kunder. För exempelavbrott 2 jämförs avbrott med AMS. Avbrottet är till följd av ett linjebygge på en sträcka med ett fåtal kunder. I det här fallet visar det sig att AMS är billigare, samt medför det att arbetet kan utföras helt avbrottsfritt. Vid exempelavbrott 3 tas alla metoder med i jämförelsen. Avbrottet sker på grund av att ett stolpbyte och ett fåtal mindre kunder påverkas. Främst matning med reservelverk visar sig vara betydligt dyrare. AMS är lite dyrare än att ha avbrott, men det handlar inte om en stor summa i sammanhanget. Avslutningsvis konstateras det att AMS är en arbetsmetod som har stor möjlighet att minska avbrottskostnaderna i det långa loppet och bör tillämpas än mer i Skellefteå Krafts koncern.

In this report, a hydrogen system was investigated to supply a hospital with reserve power and power compensation. Through modelling, four different configurations of hydrogen systems and five different levels of maximum power intake from the electrical grid was evaluated. The evaluation was based on the economical feasibilty and climate footprint of the four different systems. The optimal hydrogen system that was suggested in this report was consisting of Proton electrolyte membrane(PEM) electrolysers, PEM fuel cells and solar panels that powered the elctrolysers for hydrogenproduction. The optimal power intake level was 2000 kW. The suggested system (hydrogen system 3) was never profitable and was shown using the economical metrics Net presentvalue and Levelised cost analysis. Though the hydrogen system had a positive cash flow, it had a large investment cost making it never profitable during the lifetime of the project, that was set to ten years. The total investment cost for the system amounted to 133 million swedish crowns and the cost of the energy used from the PEM fuel cells amounted to 0,536 thousand swedish crowns per kWh. This was due to the fuel cells since they were dimensioned for the reserve power as well which demanded a high power output, thus increasing the investment cost. Another reason for the high investement cost was the PEM technology that was used for the electrolysers and fuel cells. It is an immature technology but it stands out as leading technology for improvements and being important to reach an energy system that is sustainable. The amount of saved carbondioxide equivalents compared to the normal case when a hydrogen system was not in use, amounted to 74 tons.

Sweden has ambitious climate targets to achieve net zero emissions by 2045. One of the possiblesolutions to achieve this goal is electrification, and electricity use is expected to increase from today's 140 TWh to 170-282 TWh, according to the Swedish Energy Agency's different scenarios. This means that society will become increasingly dependent on electricity, which may also bring problems. For example, society risks being severely affected by disturbances in the power grid, and the cost of power outages will increase. To avoid the consequences of power outages, electricity distribution companies have mobile emergency generators that can be deployed where a power outage has occurred. Thegenerators are often diesel generators using fossil diesel. There are several challenges associated with the use of mobile emergency generators during outages, as they need to be quickly transported to the site of the outage, fuel needs to be available, and they need to be tested regularly to operate correctly. This study has investigated the future use of mobile emergency generators from an electricity distribution company’s perspective. This has been done by examining how the future need for mobile emergency generators in electricity distribution can be expected to change in the future, the technological development of diesel-powered generators, and what fossil-free alternatives are adequate in the short and long term. In addition, the advantages and disadvantages of owning, renting and co-owning mobile emergency generators have been studied. The report is primarily aimed at stakeholders who are directly or indirectly involved in the work with mobile emergency generators. The study consists of a case study in which the electricity distribution company E.ON Energidistribution is studied. In addition, a literature review, simple calculations and 10 interviews were conducted with electricity distribution companies, rental companies, manufacturers and public agencies. The results show that the need for mobile emergency generators can be expected to increase slightly in the short term due to instability in the world and the electricity system. Undergrounding has led to fewer power outages and shorter outage times for customers, and there is also a trend towards using mobile emergency generators more for planned outages than unplanned ones. The need for back-up power will most likely never disappear completely, but it is considered reasonable to assume that it will decrease slightly as the power grid improves. Furthermore, the results show that diesel generatorshave evolved significantly in terms of fuel consumption and emissions, as a result of increasingly stringent EU emission requirements, and currently there are no fossil-free alternatives that can compete with diesel generators if only economic factors are taken into account. On the other hand, biofuels such as HVO are believed to play a major role in reducing emissions as it can be used in today's mobile emergency generators without modifications. In the long term, batteries and fuel cells could be a viable option. Batteries are not yet an option as they are too heavy and cannot store enough energy. Fuel cells are believed to have more potential than batteries to replace diesel generators in the future but need further development. Finally, results show advantages and disadvantages of electricity distribution companies owning their mobile power generators, renting generators when needed, and sharing generators between electricity distribution companies. Distribution companies and public agencies see great security in owning the generators themselves, while renters point out that renting the generators has advantages related to their functionality. Sharing generators was by the electricity distribution companies seen as too complicated. In conclusion, this study provides a broad insight into the role and development of mobile emergency generators in electricity distribution and may serve as a basis for further research in this area. Some examples of future research suggested are further investigation of fuel supply and logistics, sustainability of ownership structure and different technologies, and further investigation of rentingmobile emergency generators. / Sverige har satt upp höga klimatmål där man ska nå nettonollutsläpp senast år 2045. En av lösningarna för att uppnå målet är att elektrifiera många delar av samhället, och elanvändningen förväntas enligt Energimyndighetens scenarier öka från dagens 140 TWh till 170–282 TWh beroende på scenario. Det innebär att samhället skapar ett allt större beroende av el, vilket också kan föra med sig problem. Det gör till exempel att samhället drabbas hårt vid olika störningar i elnätet, och att kostnaden för elavbrott blir allt högre. För att undvika konsekvenserna av elavbrott har elnätsföretag mobila reservelverk som kan köras ut till en del av elnätet där ett avbrott har uppstått. Reservelverken är ofta en dieselgenerator som använder fossil diesel. Det finns flera utmaningar kopplade till reservelverkens användning vid avbrott, då de snabbt behöver kunna transporteras till platsen där avbrottet är, det behöver finnas tillgång på bränsle och de måste testköras och underhållas regelbundet för att fungera när de behövs. Denna studie har undersökt hur ett större elnätsföretag i Sverige bör förhålla sig till reservelverk på kort sikt (inom 10 år) och på längre sikt (över 10 år). Det har gjorts genom att undersöka hur det framtida behovet av reservelverk inom eldistribution kan förväntas förändras på lång och kort sikt, hur teknikutvecklingen för dieseldrivna reservelverk ser ut och vilka lämpliga fossilfria alternativ som finns på kort och lång sikt. Dessutom har olika ägandeförhållanden undersökts, och fördelar och nackdelar med att äga, hyra och samäga reservelverk har studerats. Rapporten riktar sig framförallt till intressenter inom eldistributionssektorn som direkt eller indirekt arbetar med reservelverk. Studien består av en fallstudie där elnätsföretaget E.ON Energidistribution studeras, och fallstudieföretaget är även uppdragsgivare till detta examensarbete. Utöver fallstudien genomfördes en litteraturstudie, enklare beräkningar och 10 intervjuer med elnätsföretag, uthyrare, tillverkare av reservelverk, tillverkare av fossilfria alternativ och myndigheter. Resultaten visar att behovet av reservelverk kan förväntas öka svagt på kort sikt på grund av osäkerheter i världen och effektbrist i elsystemet. Vädersäkring har lett till färre elavbrott och kortare avbrottstider för elnätföretagens kunder, och det finns även en trend mot att reservelverken används mer för planerade avbrott än oplanerade avbrott. Behovet av reservkraft kommer med största sannolikhet aldrig helt att försvinna, men det anses rimligt att anta att det kommer minska svagt i takt med att elnätet förbättras. Vidare visar resultaten att dieseldrivna reservelverk har utvecklats mycket när det kommer till bränsleförbrukning och emissioner till följd av EU:s allt hårdare emissionskrav, och i dagsläget finns det inga fossilfria alternativ som kan konkurrera med dieselgeneratorer om endast hänsyn tas till ekonomiska faktorer. Däremot tros biobränslen som HVO kunna spela en stor roll i att minska klimatutsläppen då det kan användas i dagens reservelverk utan modifikationer. På längre sikt skulle batterier och bränsleceller kunna vara alternativ, men då batterier är mycket tunga och i dagsläget inte kan lagra tillräckligt mycket energi är det ännu inget alternativ. Bränsleceller tros ha större potential än batterier att ersätta dieseldrivna reservelverk, men utvecklingen ligger i dagsläget efter utvecklingen för batterier. Slutligen visar resultat på för- och nackdelar med att elnätsföretaget äger sina reservelverk själva, att de hyr in reservelverk vid behov, och med att samäga reservelverk mellan elnätsföretag. Elnätsföretagen och myndigheter ser stor trygghet i att äga verken själv medan uthyrare pekade på att inhyrning av reservelverken har fördelar kopplat till reservelverkens funktionalitet. Att samäga reservelverk sågs av elnätsföretagen som för komplicerat. Avslutningsvis ger denna studie en bred inblick i de mobila reservelverkens roll och utveckling inom eldistribution, och kan ligga till grund för fortsatt forskning inom området. Några exempel på framtida forskning som föreslås är att vidare undersöka tillgång och logistik på bränsle, hållbarhetsaspekter kring ägandeförhållanden och olika tekniker samt fördjupning kring inhyrning av reservelverk.

Backup power is essential to supply important functions in society with electricity in case of a blackout. Today in Sweden most backup generators are based on diesel fuel and seldom used, but they are still associated with bad environmental impact while operating. What if a backup system could be designed to increase its value and at the same time lower the environmental impact? This study has investigated alternative solutions for backup power and applied them on a specific case. A food providing industry with great variations in their load profile (40 - 240 kW) is looking for a backup solution able to supply the industry for 12 h in case of a blackout. The study started off by investigating different techniques and their suitability for providing backup power, such as diesel generators (DG), battery energy storage systems (BESS), micro gas turbines (MGT) and fuel cells (FC). Most suitable to be compared with the traditional diesel solutions in terms of cost, climate and technique was found to be two hybrid systems. The first one a combination of a DG and BESS and the second a combination of a MGT and BESS. The two hybrid systems were primarily dimensioned to a size of 100 kW (DG/MGT) with a 350/350 kWh/kW BESS based on terms and after analyzing the industry's load profile. The two hybrid systems were compared with a 350 kW DG in two aspects over a time frame of 15 years, life cycle costs (LCC) and carbon dioxide emissions. Compared with only DG the result showed a 15% LCC increase and a 26% emission reduction for the hybrid solution with DG + BESS. For MGT + BESS the LCC increase was 30% but the emission reduction was 52%. Included into the LCC analysis is utilization of the BESS for grid services such as peak shaving, arbitrage and grid support which had a major positive economic impact. The LCC results were however sensitive to changes in some parameters such as investment costs and rates. Finally, the study tried to optimize the cost and climate performance of the two hybrid systems. By reducing a few terms, sizing of the systems could be adjusted. This resulted in both hybrid systems being more profitable and climate friendly with a larger DG/MGT and a smaller complementing BESS for peak loads, outperforming the only DG solution.

Datahallar behöver reservkraft av god kvalitet för att garantera upprätthållandet av dess funktion. Laster i en datahall kommer att generera ström och spänningsövertoner som kan skapa problematik med elkvaliteten. Coromatic är intresserade av att veta mer hur dessa laster påverkar reservkraftsgeneratorn. En mätning utfördes på en datahall under ett funktionsprov. Resultatet blev att halten av THD ökade, främst är det 3:e övertonen som är framträdande. Mätvärdena för THDV ligger under gränsvärdena för SS-EN 50160 och 61000-2-2, men gränsvärdena för 3:e ton ligger långt över. Ingen åtgärd föreslås i nuläget för att hantera problemet. Denna avhandling har gett värdefull information till Coromatic att ta i beaktande vid utförande av nya reservkraftsanläggningar. / A facility full with computers needs backup-power to guarantee the function. Loads in this facility will produce current and voltage harmonics that can pollute and cause trouble with the quality of electricity. Coromatic are interested in knowing more about how these loads can affect the generator. A measurement was performed on a facility when they ran a functional test. The results indicated that THD increased, the third harmonic turned out to be the single harmonic with the highest value. The value is within the boundaries for THDV according to SS-EN 50160 and 61000-2-2, except for the third harmonic. Its value was far too high. No action is propsed to deal with the problem at the moment. This thesis has provided Coromatic with valuable information too consider when they building new systems.