There is a need for alternative marine fuels and propulsion techniques in order to reduce the environmental and climate impacts of the transport sector, and meet the new Swedish climate targets of net zero emissions by 2045. There are several projects and studies on full electric ferries, while the option of hydrogen fuel cell-battery hybrids are not as well explored. This study assesses the prospects for three alternative fuels and propulsion techniques for a commuter ferry in Stockholm City. The fuels assessed are hydrogen (Fuel cellbattery hybrid/electric engine), electricity (Full battery/electric engine) and a biofuel (HVO/Internal combustion engine). Conventional diesel was included as benchmark. A multi-criteria decision analysis approach is employed in order to assess the fuel systems by estimated fuel performance and benchmarked input onthe relative criteria importance. The criteria cover economic, environmental, technical, and ultimately social aspects like availability and supply of fuel. The full battery solution was discarded due to excessive weight, but as only one charging solution was investigated it is recommended for further investigation. HVO performed best in an overall score comparing all fuel alternatives, but in a comparison between only fuel cell hybrid and HVO, including the availability criteria, the fuel cell hybrid system performed best. The analysis therefore supports the opportunity to implement fuel cell-battery hybrids onthis route. / Det finns ett behov av alternativa marina bränslen och framdrivningstekniker för att minska transportsektorns miljö- och klimatpåverkan, och för att uppfylla de nya svenska klimatmålen om att inte ha några nettoutsläpp till 2045. Det finns flera projekt och studier om fullt elektriska färjor, alternativet att använda bränslecellshybrider inte är däremot inte lika utforskat. Denna studie utvärderar möjligheterna för tre alternativa bränslen och framdrivningstekniker för implementering på Djurgårdsfärjan i Stockholm Stad. De utvärderade bränslena är vätgas (bränslecellshybrid / elmotor), elektricitet (full batterilösning / elmotor) och ett biobränsle (HVO / Förbränningsmotor). Konventionell diesel ingick som riktmärke för jämförelse. Analysen genomfördes för att bedöma och jämföra bränsleprestandan mellan de olika systemen. En beslutsgrundande multikriterieanalys (MKA) utfördes och jämfördes mot liknande studier där en analytisk hierarkisk process (AHP) utförts tillsammans med viktiga intressenter i den marina transportsektorn i Sverige. Kriterierna täcker ekonomiska, miljömässiga, tekniska och i slutändan sociala aspekter som tillgång till bränsle. Den fullständiga batterilösningen avfärdades på grund av för stor massa av energisystemet, men att eftersom endast ett laddningsalternativ undersöktes rekommenderas den för ytterligare analys. HVO presterade bäst i den övergripande poängen där alla bränslealternativ jämfördes. Hybridsystemet presterade dock bäst i en jämförelse mellan HVO och hybrid där kriterierna justerades till att inkludera tillgängligheten av bränslet. Resultatet visar att viktningen av den relativa betydelsen för de olika kriterierna har stor betydelse vid utvärdering av bränslealternativ. Analysen stöder därmed möjligheten att implementera bränslecellshybrid på denna linje.

No description available.

No description available.

No description available.

No description available.

The combination of Biomass Energy with Carbon Capture and Storage (BECCS) can reduce the level of CO2 in the atmosphere. It is, therefore, seen as an interesting tool in the CO2 abatement portfolio. In a Swedish context, BECCS could contribute to the goal of CO2 neutrality by 2045. This thesis aims to investigate the application of BECCS in the district heating system of Stockholm region with a case study at the energy utility Fortum Värme. The focus of the study is the technical and economic feasibility of such an application. The applicability of Fortum Värme´s plants to implement carbon capture is investigated together with costs and technical implications on each applicable plant and the district heating system as a whole. Three plants are deemed feasible for carbon capture with a cost of about 45€/tonne of captured CO2 (not including transport or storage). A model for transport of CO2 to promising storage sites in Sweden, Norway, and Denmark is constructed for transport by pipeline and ship. Ship transport is estimated to be the most cost-efficient option in all scenarios. The total cost for BECCS is calculated at 70-100€/tonne depending on size of emissions and distance to storage locations. Furthermore, the total cost is calculated to decrease by 10-25% if some current promising technologies for carbon capture reach maturity, a market for transport services of CO2 evolves, and a number of actors are sharing the costs for storage.Calculated costs are on a similar price level as other CO2 abatement strategies such as CCS in industries, biogas, and biodiesel in the vehicle fleet. If the cost is applied directly to the heat price, without any subsidies, it would increase the price of heat by 14-21%.The major challenge of BECCS in combined heat and power production, compared to other studies based on power production, is the seasonality of heat demand. The capacity of the carbon capture system will be oversized during the summer, or undersized during the winter. This is an optimization challenge which has to be further studied.

Power outages, electric-grid deficiencies and renewable energies are all examples where stationary energy storages are useful. In this master thesis, two types of stationary electrochemical energy storages are examined; vent-regulated lead-acid batteries (VRLA) and lithium iron phosphate batteries (LFP), to find out the more beneficial one in stationary uses. The techniques are examined for a large range of electric-grid services in a techno-economical investigation. The cost per delivered kWh of the energy storage is the basis of comparison which is calculated using battery degradation data with respect to C-rate, SoC, DoD, temperature, storage time and cycle frequency to estimate calendar and cyclic aging. Modelling presents neither alternative as superior although LFP is the more versatile alternative. VRLA-batteries can be a more cost-beneficial alternative for applications demanding less than 1 cycle/day, at temperatures lower than 30C, short project lifetimes and when utilizing storages beyond 80% EoL. The investment cost is lower for VRLA at equal C-rates. Cost items neglected will decrease the chances of VRLA being the cheapest technique. From a sustainability point of view, LFP is under almost all circumstances the less energy and CO2-intense technology, however recyclability is in clear favor for VRLA. / Strömavbrott, underdimensionerade elnät och förnybar energi är tre exempel där ett stationärt energilager kan tillämpas. I den här masteruppsatsen undersöks två typer av stationära elektrokemiska energilager; ventilreglerade bly-syra-batterier och litium-järnfosfat-batterier (LFP), för att finna det mer fördelaktiga alternativet i stationära applikationer. De två teknikerna analyseras i ett stort antal elnätsapplikationer i en tekno-ekonomisk studie. Kostnaden per levererad kWh av energilagret används som jämförelsebas vilken beräknas utifrån batteridegraderingsdata med avseende på C-rate, SoC, DoD, temperatur, lagringstid och cykelfrekvens för att estimera kalender- och cyklisk åldring. Modellering visar att inget av batterialternativen är överlägset i alla situationer men LFP är det mångsidigare alternativet. Bly-syra-batterier kan vara mer kostnadseffektiva för applikationer som kräver mindre än 1 (full-ekvivalent) cykel/dag vid temperaturer lägre än 30C, korta projektlivstider samt när batterilagren används bortom 80% EoL. Investeringskostnaden är lägre för bly-syra-batterier när likadan C-rate appliceras. Negligerade kostnadsposter kommer minska chanserna att bly-syra-batterier är det billigaste alternativet. Från ett hållbarhetsperspektiv är LFP nästan uteslutande den mindre energikrävande och mindre CO2-intensiva tekniken. Bly-syra-batterier har dock en klar fördel när det kommer till återvinningsbarhet.

Due to the growing population and climate change, the world will see an increase in demand for food, freshwater and renewable energy supply. Agrivoltaics has the possibility to address all these problems, by producing food and renewable energy but also by reducing water usage in agriculture. This thesis aims to study if agrivoltaics including storage has the potential to enable sustainable greenhouses in Stockholm, Sweden by trying to create a near net zero energy consumption for greenhouses with Agrivoltaics (AV) implemented. Furthermore a techno-economic assessment will be made for the AV-systems where Key Performance Indicator (KPI)’s are compared to economic parameters. The selected KPI’s were a near net zero energy consumption and irradiance underneath the Photovoltaics (PV) technology. The selected PV-technology was standard PV-modules, Semi-Transparent Module (STM) and Organic Solar Cell (OSC) PV. These technologies were paired with li-ion batteries between 0-100 kWh and simulated in the software System Advisor Model (SAM) over a 25 year period. The AV system was applied to two load profiles, one for indoor plants and one for tomatoes. The economic parameters calculated was Net Present Value (NPV), Net Capital Cost (NCC), and Levelised Cost of Electricity (LCOE).  The results showed that the system is efficient in summertime where the PV reached maximum capacity in summer and the battery works as a complement. In wintertime, the AV-system is not very efficient and most of the electricity comes from the grid. It was not possible to create a near net zero energy consumption including storage in Stockholm Sweden. The irradiance beneath the panels were at a maximum for OSC, it was slightly reduced for the STM, and below 50% for the standard PV-module, depending on the size of the AV-system. Depending on the shade tolerance of the plant, the PV-technology should be selected.

For the EU to reach its 2050 climate targets the aviation industry that is highly dependent on fossil fuels needs to drastically reduce its emissions. In the decarbonisation of the aviation industry drop-in sustainable aviation fuels (SAFs) have been identified as a promising solution to abate the industry’s emissions. To increase the adoption of SAFs, The EU has announced a proposal called ReFuelEU Aviation, introducing obligated blend mandates for SAFs that airlines and fuel suppliers need to comply with, starting at 2% in 2025 going up to 70% by 2050. A subset of SAFs called electrofuels, made from green hydrogen and carbon dioxide, could become essential in the sustainability transition with an emission abatement potential of up to 95% compared to fossil jet fuel. However, there exist no large scale production of electrofuels and previous research suggests that they will be several times more expensive to produce than their fossil counterparts, highlighting that the production and adoption will be challenging. In this thesis we first study how and under which conditions electrofuel value chains can develop in Sweden and second to which extend locally-produced electrofuels may be economically feasible. The former was studied qualitatively and the latter quantitatively, which together identified challenges and opportunities for electrofuels to decarbonise the aviation industry. The qualitative analysis was researched by conducting semi-structured interviews with industry actors, researching the current policy landscape and analysing the findings from a theoretical lens of ‘complementarity formation mechanisms in technology value chains’. The quantitative analysis was researched by a techno-economic assessment of e-kerosene production in Sweden using an alkaline electrolyser, different carbon capture technologies and a Fischer Tropsch fuel synthesis. In the qualitative analysis we found, in contrast to previous research, that the incremental cost associated with adoption of electrofuels is not necessarily the greatest concern. Instead, the value chain development of electrofuels is dependent on synchronised development of the input sectors renewable energy, hydrogen production and carbon capture technologies. Industry actors may not invest in large scale electrofuel production until they have secured a supply for renewable energy. There is also a liability of limited scalability in these, affected by slow permit processes and construction of new renewable energy, risking that electrofuels are not produced sustainably and at a high cost. We also found that producing bio-electrofuels, utilising lignocellulosic biomass from e.g., forest residue, can become important for Swedish fuel production. In the quantitative analysis the results show a levelised cost of e-kerosene of 3.8-6.1 times higher than the fossil jet fuel price of April 2023, sensitive to changes in energy price and capital expenditures of electrolysers for hydrogen production. We also found that the source of carbon capture affects the price, where direct air capture (DAC) increased total costs by 32% and 25% compared to bioethanol and pulp and paper, respectively. The levelised cost yield emission abatement costs between 457-1,042 €/tonne CO2e, depending on energy scenario and emissions abatement potential. In conclusion, we have found that the production of electrofuels for aviation is contingent on low energy prices, point-source carbon capture and economies of scale in hydrogen production. This highlights that renewable energy in combination with technological developments in hydrogen and carbon production is essential to establish a sustainable value chain. This can become challenging as other industries, such as green steel, will require similar inputs for production, emphasising that the location of electrofuel plants highly impacts the business case and possibility to produce relatively sustainable and cost competitive products. / För att EU ska nå sina klimatmål för 2050 behöver flygindustrin, som är beroende av fossila bränslen, drastiskt minska sina utsläpp. I dekarboniseringen av flygindustrin har hållbara flygbränslen (SAF) identifierats som en potentiell lösning för att minska utsläppen i industrin. EU har tagit fram förslaget ReFuelEU Aviation som inför obligatoriska inblandningskrav av SAF för flygbolag och bränsleleverantörer, med start 2025 på 2% och en ökning till 70% fram till år 2050. En subkategori av SAF kallade elektrobränslen, som tillverkas av grön vätgas och koldioxid, kan bli avgörande i hållbarhetsomställningen med en potential att reducera utsläpp med upp till 95% jämfört med fossilt flygbränsle. Samtidigt finns det idag ingen storskalig produktion av elektrobränslen och forskare och branschexperter tror att produktionskostnaderna kommer att vara flera gånger dyrare än den fossila motsvarigheten, vilket antyder att produktionen av elektrobränslen kommer medföra utmaningar. I denna uppsats studerar vi först hur och under vilka förutsättningar elektrobränsle-värdekedjor kan utvecklas i Sverige, och sedan under vilka förutsättningar produktion av elektrobränslen kan vara ekonomiskt konkurrenskraftigt. Den första frågeställningen studerades kvalitativt och den andra kvantitativt, vilka tillsammans identifierade utmaningar och möjligheter för produktion och användning av elektrobränslen för att dekarbonisera flygindustrin. Den kvalitativa analysen bestod av semistrukturerade intervjuer med aktörer inom branschen och forskning kring det nuvarande policylandskapet. Dessa resultat analyserades sedan utifrån en teoretisk lins av ’komplementära formationsmekanismer i teknologiska värdekedjor’. Den kvantitativa delen analyserades genom en tekno-ekonomisk analys av e-fotogenproduktion i Sverige genom en alkalisk elektrolysör, olika tekniker för koldioxidavskiljning och bränslesyntes via Fischer-Tropsch. I den kvalitativa analysen fann vi, i motsats till tidigare forskning, att de inkrementella kostnaderna för införandet av elektrobränslen inte nödvändigtvis är det största hindret. I stället är utvecklingen av elektrobränsle-värdekedjor beroende av en synkroniserad utveckling av förnybar energi, vätgasproduktion och koldioxidavskiljningstekniker då industriella aktörer kan vara motvilliga att investera i storskalig elektrobränsleproduktion innan de har en säkrat tillgång av förnybar energi. Det finns också en risk för begränsad skalbarhet på grund av långsamma tillståndsprocesser för konstruktion av ny förnybar energi, vilket kan leda till att elektrobränslen inte produceras hållbart och till höga kostnader. Vi fann också att produktion av bio-elektrobränslen, genom att använda lignocellulistisk biomassa från exempelvis skogsrester, kan bli viktigt för den svenska bränsleproduktionen. I den kvantitativa analysen visade resultaten att kostnaden för e-fotogen är 3.8-6.1 gånger högre än den fossila motsvarigheten och att priset var känsligt mot förändringar i energipris och investeringskostnader för elektrolysören för vätgasproduktion. Vi fann också att källan till koldioxidavskiljning påverkar priset, där direktluftsavskiljning (DAC) ökade de totala kostnaderna med 32% respektive 25% jämfört med bioetanol och pappersmassa. Produktionskostnaderna för elektrobränslen indikerarar en utsläppsminskningskostnad mellan 457-1,042 €/ton CO2e, beroende på energiscenario och utsläppsminskningspotential. Slutsatsen är att produktionen av elektrobränslen för flygindustrin är beroende av låga energipriser, källa för koldioxidavskiljning och stordriftsfördelar för vätgasproduktion. Detta påvisar att förnybar energi i kombination med teknologisk utveckling inom vätgas- och koldioxidproduktion är avgörande för att etablera en välfungerande värdekedja. Detta kan bli utmanande då andra industrier, som produktionen av grönt stål, kommer att kräva liknande insatsvaror för produktion och betonar därmed vikten av den geografiska placeringen av elektrobränslefabriker för att ha möjligheten att producera hållbara och kostnadseffektiva bränslen.

La demande énergétique mondiale continue d’augmenter. Les prix des énergies fossiles sont instables et incertains. La libéralisation du marché électrique et une conscience environnementale des acteurs mondiaux sont des leviers au développement des énergies renouvelables. Ces dernières se développent à un rythme rapide dans le monde. Elles ont atteint une maturité technique qui leur permet de devenir un segment important de l’industrie de l’énergie. Leur insertion dans le mix énergétique pose de nouveaux défis par rapport aux sources d'énergie traditionnelles. Avec un potentiel abondant encore sous-exploité, le photovoltaïque et l'énergie éolienne sont avantageux sur le plan économique et environnemental. Cependant, leur caractère intermittent diminue leur efficacité énergétique lorsqu’elles sont exploitées individuellement. L'utilisation de systèmes hybrides (multi-sources) combinant ces sources d'énergie renouvelables, le réseau de distribution national (réseau électrique historique) et les systèmes de stockage classiques, est généralement considérée par tous comme solution d’avenir, à la fois efficiente et fiable. Il est alors nécessaire de repenser la structure des réseaux électriques et des marchés de l’énergie, ainsi que des changements dans les méthodes de gestion de réseau. Dans ce contexte, l’apport envisagé avec ce travail de thèse est de contribuer à la modélisation et l’optimisation de systèmes multi-sources multi-charges pour alimenter aussi bien des sites isolés « énergie de proximité » (campus, village) que des sites étendus tels que des régions françaises à travers leur interconnexion « pooling ». Différents scenarii de gestion et différentes configurations des systèmes sont modélisés, testés et comparés pour analyser l’efficacité et la robustesse de chaque cas de figure. Une analyse technico-économique complète est réalisée, dans le but d’étudier la faisabilité de chaque système. Pour démontrer la validation de ces modèles, des études ont été réalisées sur un campus Universitaire Français, un micro-réseau au Mali et trois régions Françaises. Ces dernières ont fait l’objet d’application à un modèle original d’interconnexion basé sur les réseaux de Pétri pour l’aide à la décision en termes de configurations du réseau et le contrôle des flux d’énergie échangés entre des territoires producteurs-consommateurs interconnectés sans système de stockage / Global energy demand continues to rise. The fossil fuel prices are unstable and uncertain. The liberalization of the electricity market and environmental awareness of the global leaders are levers for the development of renewable energy. These are growing at a rapid pace in the world. They reached technical maturity that enables them to become an important segment of the energy industry. Their integration in the energy mix poses new challenges compared to traditional energy sources. With an underexploited potential, photovoltaic and wind energy are advantageous economically and environmentally. However, their intermittent decreases their energy efficiency when operated. The use of hybrid systems (multi-sources) combining these renewable energy sources, the national distribution network (historical grid) and conventional storage systems, is generally regarded by all as a future solution, both efficient and reliable. Thereby, it is necessary to rethink the structure of electrical networks and energy markets, and changes in network management methods. In this context, the foreseen intake with this thesis is to contribute to the modeling and optimization of multi- load multi- source systems to power both remote sites “closeness energy” (campus, village) and large sites such as French regions through their interconnection "pooling ". Different scenarios of management and different configurations of the systems are modeled, tested and compared to analyze the effectiveness and robustness of each case. A complete technical and economic analysis is performed in order to study the feasibility of each system. To demonstrate the validation of these models, studies were performed on a French university campus, a Micro-grid in Mali and three French regions. These latter have been applied to an original interconnection model based on Petri nets for decision support in terms of network configuration and control of energy flows exchanged between interconnected producers/consumers territories without storage