The ongoing change towards completely renewable power production in Sweden entails new challenges in maintaining a stable power system and puts greater demands on the frequency control. Hydropower caters for all frequency control in the Swedish grid today. However, the new challenges make it necessary to explore other technologies that potentially could provide frequency control. The aim of this master thesis is thus to map different technologies that potentially could deliver the reserves FCR and aFRR, with the main focus of investigating the economic potential of these technologies and their competitiveness during different seasons. The technologies investigated were lithium-ion batteries, flywheels, demand response and wind power plants. Different applications for these technologies were also investigated. The different investment alternatives were evaluated by calculating the net present value and the net present value ratio. The results show that the economic potential is greatest in cases where existing infrastructure could be used. Investments in stand-alone energy storage systems are not profitable today but might be so in the future as the prices continue to decrease. The results also show that many of the technologies and applications are competitive alternatives to hydropower during different seasons, which shows that there is potential in participating in the balancing markets with these technologies. However, it seems relevant to investigate further if, and if so how, the regulations on endurance can be adapted to actual conditions to further opening up the markets to more actors while maintaining a stable power system.

The increasing amount of renewable energy in the power system have led to new challenges to balance supply and demand in the electric grid. To maintain the balance in the power system the system operator can activate power reserves to restore the balance at a frequency deviation. Today these reserves consist exclusively of hydropower in Sweden. With more volatile power generation new types of technologies to provide these reserves are desirable. The aim of this master thesis is to investigate the technical potential for using wind power, demand response and energy storage for automatic frequency control in the Swedish power system. The thesis examines the performance of the different technologies to see if they meet the technical requirements for delivering reserves set by the TSO. Moreover, the available capacity from the technologies throughout the year are estimated. The results show that all three technologies potentially could be used for frequency control. However, the technical requirements are not always fulfilled. In order to enable new technologies to provide power reserves some of the requirements needs to be modernized. Generally, demand response proved to have the largest available capacity for frequency control today. The study shows that demand response from industries and electric heated households could potentially provide all automatic frequency control. Modern wind turbines can be used for frequency control and for down regulation of the frequency the potential is considerable. Energy storages are not yet widely used in Sweden but with reduced costs they can play an important role in regulating the frequency in the future.

I takt med att Sveriges elsystem byggs ut och allt större andel elenergi kommer från förnybar och väderberoende elproduktion såsom vind, så ökar även behovet av stödtjänster som kan balansera frekvensen i elsystemet. Frekvensen i elsystemet fungerar som en indikator på om elsystemet är i balans och för att elsystemet ska vara i balans krävs att elproduktionen hela tiden motsvarar elanvändningen. Examensarbetet har utrett möjligheterna att leverera stödtjänster från en redan befintlig vindkraftpark och har även undersökt hur möjligheterna ser ut i framtiden i och med att marknaderna för stödtjänster utvecklas. I dagsläget finns fem olika frekvensreglerande stödtjänster i Sverige. Dessa är Fast frequency Reserve (FFR), Frequency Containment Reserve-Normal (FCR-N), Frequency Containment Reserve-Disturbance (FCR-D), automatic Frequency Restoration Reserve (aFRR) och manual Frequency Restoration Reserve (FRR). Dessa stödtjänster upphandlas av Svenska kraftnät för att upprätthålla balans mellan produktion och konsumtion i elsystemet. För varje stödtjänst finns olika krav och specifikationer som bland annat vilken frekvens som de aktiveras vid, hur lång tid aktiveringen får ta samt hur långt i förväg de upphandlas etcetera. I kontakt med sakkunniga och i litteratur så framgår det att det är möjligt att leverera någon typ av frekvenstjänst från de allra flesta vindparker. För att börja leverera stödtjänster krävs att vindturbinen har en effektomriktare, vilket de flesta vindkraftverk har i dagsläget. Därefter handlar det främst om program och mjukvaruinställningar i effektomriktaren. Annars fungerar det i stort sett som vanlig pitch-reglering av turbinerna. Inom detta projekt så har även driftdata från en verklig vindpark i Blaiken studerats, där tre olika testkörningar genomförts. I testkörningarna har man testat att styra produktionen från turbinerna genom att göra nedregleringar och uppregleringar för att dokumentera hur parken reagerar. Utifrån data från testkörningarna som jämförs med krav för olika stödtjänster kan slutsatser dras om att stödtjänsterna mFRR, aFRR samt FCR-N bör kunna levereras från Blaiken. De är stödtjänsterna med de mest generösa aktiveringstiderna. Resultatet visar även på möjligheter att jobba med parkstyrningssystemet för att förbättra parkens reglerförmåga och i bästa fall skulle detta kunna medföra att parken även klarar kraven för aktiveringstid av FCR-D.