The potential for variable resources to contribute to Svenska kraftnät’s ancillary services has increased in recent years. Concurrently, with the expansion of renewable energy resources in Sweden, the demand for actors to contribute to a more stable power system has grown significantly. The study aims to understand whether photovoltaic panels have the potential to contribute to frequency regulation and participate in the FCR-D down ancillary service. The study has been made in collaboration with the real estate company Vasakronan, and aims to investigate the economic potential of participating with their rooftop photovoltaic panels.    The thesis consists of a qualitative part where relevant actors were interviewed to gain a deeper understanding of the subject. The quantitative analysis involves examining production and price data. Three of Vasakronan’s facilities and their solar park were studied, and calculations were conducted to determine the profitability of acting as an ancillary service. Utilizing data from the three facilities, an aggregation of all 25 facilities in Uppsala was simulated. Three different scenarios were investigated with the first imposing no production requirements. In the second scenario, it was required that at least one-fourth of the installed capacity was produced, and in the final scenario, at least half of the installed capacity was required.    The primary obstacle in meeting these requirements for photovoltaic panels on rooftops is the capacity constraint, particularly in comparison to larger solar parks with significantly greater volumes. With lower capacity, revenues will decrease and there is greater uncertainty regarding guaranteed delivery. Consequently, the possibility of aggregating multiple smaller facilities becomes crucial to fulfill the requirements for ancillary services, as these plants can be prequalified as a group. Various sensitive parameters impact the revenue analysis, and the most significant challenge is the installation cost of the software. Another sensitive parameter is the prices on the FCR-D down market, as trends suggest a decrease in prices with increased market participation. However, there is a prominent potential for adjustments in several of the current requirements, given the dynamic balancing market. Therefore, the recommendation from the study is to continue investigating the possibilities of aggregating several smaller solar cell plants into a common unit. Considering that the foremost investment, the installation of the photovoltaic panel, has already been completed, participation in the ancillary service could to some extent be viewed as an extra income requiring minimal additional effort.

Vätgas producerad från förnybar el har en stor potential att minska utsläppen från flera olika branscher. Detta genom att införa nya innovativa ändamål och även genom storskalig ersättning av vätgas som idagproduceras med fossila bränslen. Men för en storskalig förändring behöver kostnaden för förnybar vätgasproduktionsjunka. Förutom den generella teknikutveckling och storskalighetsfördelar finns det effektivasätt att bättre nyttja existerade teknik för att sänka kostnaden för vätgas mot slutkund. Exempel på detär försäljning av spillvärme från systemet till lokala fjärrvärmesystem samt nyttjandet av vätgassystemetför att agera på balansmarknader. Denna studie undersökte hur ett vätgassystem innehållandes elektrolysörer, lager, kompressor och gasturbinerkan utformaras och driftas för att på ett effektivt sätt agera på marknader för el och vätgas. Det gjordes genom att studera hur en anläggning kopplat till vindkraftsproduktion genom ett Power purchaseagreement (PPA) kan utformas och driftas för att tillgodose ett industriellt vätgasbehov. Stort fokus ladespå hur ett sådant system kunde nyttjas för att agera på balansmarknader genom att sälja stödtjänsteroch hur erbjudandet av stödtjänster påverkade resten av vätgassystemet. Fallstudien som genomfördes utgick från ett potentiellt vätgassystem i Helsingborg med två stora industriellakunder som ville skifta från nyttjandet av vätgas producerad genom ångreforming till vätgasproducerad genom elektrolys med förnybar el. Då mycket fokus i studien var på balansmarknader ochflexibilitet ansågs PEM-elektrolsyören var den bäst lämpade. Vidare valdes komprimerad vätgaslagringoch ett antal alternativ för vätgasturbiner. Då produktionen var kopplad till en intermittent energikällagjordes bedömningen att systemet skulle vara assisterat med möjligheten att handla el på dagenföre- ochintradagsmarknaden. Om all eltillförsel skulle ske från vindkraften hade lagret behövt vara orimligt stortför att säkerställa förmågan att klara leveranskrav under perioder med låg elproduktion. För att analyseradet valda systemet modellerades ett vätgassystem i Energy Optima 3, en programvara som nyttjar linjärprogrammering för totaloptimering av energisystem. För att undersöka hur dem olika komponenternaskulle dimensioneras gjordes ett antal helårsoptimeringar med tidsupplösning om en timme för att se hursystemet presterade med olika kombinationer av storlek på elektrolysör, lager samt typ av gasturbin. Vid värdering av vilken konfiguration som var mest lämpad användes den utjämnade vätgaskostnaden.Den konfiguration som bedömdes vara mest lämpad för det studerade fallet var en PEM-elektrolysör på 55MW, ett komprimerat lager som motsvarade 12 timmars behov från kunderna och en gasturbin på 24 MW.Den konfigurationen kunde under den studerade tidsperioden producera vätgas till en utjämnad kostnadpå 4,7 EUR/kg. Allmänt kan sägas att studien visade att agerande på balansmarknaden gav stor intäkterför systemet och hade en betydande påverkan på systemets lönsamhet. Försäljning av spillvärme hade idet studerade fallet inte en lika kritiskt påverkan på systemet då intäkter var betydligt lägre. En viktigtinsikt från studien var att värdet av att agera på dem olika marknaderna ofta ställdes mot varandradå deltagande på balansmarknaden ibland innebar att elektrolysören inte kunde nyttja all kapacitet.Samtidigt innebar uppbunden kapacitet på balansmarknaden att flexibiliteten i systemet inte kundenyttjas för att agera på intradagsmarkanden och/eller hantering av prognosfel från vindkraftsproduktion. Studien visade allmänt att utformning och prissättning av PPA har en avgörande roll i ett vätgassystemsgångbarhet. I studien användes ett pay-as-produced-avtal, vilket resulterade i att elektrolysören vid vissatillfällen hade underskott på el (och el från intradagsmarknaden behövde köpas in för att kompensera)och vid vissa tillfällen var det överskott på el (och el behövde säljas vidare på dagenföre- eller intradagsmarknaden.)Vidare bedömdes försäljning av vätgas med långsiktiga kontrakt vara det mest lämpadealternativet då det säkrar intäkter för vätgas producenter och tillgången på vätgas till för industrierna. / Hydrogen produced from renewable electricity has significant potential to reduce emissions in variousindustries, both through new innovative applications and as a large-scale replacement for hydrogen currentlyproduced using fossil fuels as a feed stock. However, in order for large scale adaptation of renewablehydrogen the costs associated with it must decrease. In addition to technological advancements and economiesof scale, there are effective ways to better utilize existing technology to lower the cost of hydrogenfor end user. Examples include selling excess heat from the system to local district heating networks ifthe location of the electrolyzer allows for it, as well as utilizing the hydrogen system to participate inbalancing markets. This study investigated how hydrogen systems containing electrolyzers, storage, compressors, and gasturbines can be designed and operated to effectively participate in electricity and hydrogen markets. Itwas done by studying how a facility connected to wind power production through a Power PurchaseAgreement (PPA) can be designed and operated to meet an industrial hydrogen demand. A major focuswas placed on how such a system could be utilized to participate in balancing markets by providingancillary services and how offering these services affected the rest of the hydrogen system. The case study was focused on a potential hydrogen system in Helsingborg with two large industrialcustomers interested in transitioning from steam reforming hydrogen production to electrolysis using renewableelectricity. As the study heavily emphasized balancing markets and flexibility, a PEM electrolyzerwas chosen over other technologies. Additionally, compressed hydrogen storage and several options forhydrogen gas turbines were selected. Since the production was linked to an intermittent energy source,it was assessed that the system would need to be supported by trading electricity on the day-ahead andintraday markets. If all electricity supply were to come from wind power, the hydrogen storage wouldhave to be unreasonably large to ensure the ability to meet delivery requirements during periods of lowelectricity production. To analyze the selected system, a hydrogen system was modeled using EnergyOptima 3, a software that utilizes linear programming for total optimization of energy systems. Severalyear-long optimizations with 1-hour resolution were performed to examine how the system performedwith different combinations of electrolyzer and storage sizes, as well as types of gas turbines. When evaluating which configuration was most suitable, the levelized cost of hydrogen (LCOH) was used.The configuration deemed most suitable for the studied case consisted of a 55 MW PEM electrolyzer,compressed storage equivalent to 12 hours of customer demand, and a 24 MW gas turbine. This configurationcould produce hydrogen at a levelized cost of 4.7 EUR/kg during the studied period. Overall,the study demonstrated that participating in the balancing market generated significant revenue for thesystem and had a substantial impact on its profitability. The sale of waste heat had a less critical effecton the system in the studied case, as the revenues were considerably lower. An important insight fromthe study was that the value of participating in different markets was often weighed against each other,as participating in the balancing market some times meant that the electrolyzer could not utilize itsfull capacity, while having tied-up capacity in the balancing market limited the system’s flexibility toparticipate in the intraday market and/or manage forecast errors related to wind power production. The study generally showed that the design and pricing of Power Purchase Agreements (PPAs) plays acrucial role in the viability of a hydrogen system. In the study, a pay-as-produced design was used, whichresulted in both electricity deficits and surpluses at certain times. Furthermore, selling hydrogen throughlong-term contracts was deemed the most suitable option for large industrial producers, as it ensuresrevenue for hydrogen producers and a stable supply of hydrogen for the industries.

The growing need of grid stability derived from the current energy transition is favouring the expansion of the ancillary services markets. Thanks to their fast response, this situation can be exploited by different kinds of batteries, even by those that were initially designed for a different application. However, each regulation product presents different market rules that are also country dependent. For this reason, it is important to ensure that the batteries in question count on the right characteristics. This project is focused on an energy storage system conceived for a number of applications not including ancillary services. With the aim of determining if that battery could find a new revenue stream in balancing markets, a study of the most relevant frequency markets has been conducted. After identifying those in which the battery could take part according to its technical features, a mathematical model has been developed. The model provides the optimal bidding strategy for the day ahead auctions of the selected markets and the most convenient operational planning for the day of delivery. Thanks to the model, the battery has been proved to be able to make profits from participating in the Swedish Frequency Containment Reserve (FCR) markets while it is not being occupied in its main intended applications. Furthermore, it will be possible to increase those profits by competing in the Swedish Fast Frequency Reserve (FFR) market, once the daily auctions are implemented. / Balanstjänster är en växande marknad i de utvecklade länderna på grund av det växande behovet av nätstabilitet orsakat av den nuvarande energiomställningen. Denna situation kan utnyttjas av olika batterier även de som från början var designade för en annan applikation. Dess natur tillåter en snabb respons som är väsentlig i vissa av de reglerande produkterna och inte lätt att hitta i andra teknologier. Varje regleringsprodukt har dock olika marknadsregler som också är landsberoende. Av denna anledning är det viktigt att säkerställa att batterierna i fråga har rätt egenskaper. Detta projekt är fokuserat på ett energilagringssystem som utvecklats för ett antal applikationer som inte inkluderar balansjänster. I syfte att ta reda på om batteriet kan hitta en ny intäktsström på balansmarknaden har en studie av de mest relevanta frekvensmarknaderna genomförts. Efter att ha identifierat de som batteriet kan delta i enligt dess tekniska egenskaper, har en matematisk modell utvecklats. Modellen ger den optimala budgivningsstrategin för auktionerna för dagen före på de utvalda marknaderna och den mest bekväma operativa planeringen för leveransdagen. Tack vare modellen har batteriet visat sig kunna tjäna pengar på att delta på de svenska FCR-marknaderna medan den inte är sysselsatt med sina huvudsakliga avsedda tillämpningar. Dessutom kommer det att kunna öka dessa vinster i framtiden genom att delta på den svenska FFR-marknaden när de dagen-före auktionerna är genomförda.

I takt med en ökad andel variabel förnybar elproduktion i Sveriges energimix blir elnätets flexibilitet allt viktigare för att upprätthålla en stabil elförsörjning. Detta arbete undersöker framtida prognoser för priser och volymer på de svenska frekvenshållningsreserverna FCR-N, FCR-D upp och FCR-D ned fram till år 2030. Prognoser för sådan utveckling är viktiga för elmarknadens aktörer och deras beslut att investera i flexibilitetsresurser. SARIMAX-modeller utvecklades baserade på historisk data och antaganden om framtida utvecklingar, vilka i sin tur grundades på en intervju med en branschexpert samt aktuella kartläggningar och rapporter. Resultaten visar på en markant nedåtgående pristrend. För FCR-N prognostiseras priserna sjunka med 367 % från 2024 till 2030, från 29 euro/MW till 5 euro/MW. FCR-D upp förväntas följa en liknande trend med ett prisfall på 325 %, från 20 euro/MW år 2024 till 4 euro/MW år 2030. Den kraftigaste prisnedgången prognostiseras för FCR-D ned, där priserna beräknas rasa med över 1900 % under samma period - från 61 euro/MW år 2024 till endast 3 euro/MW år 2030. Vad gäller volymer visar prognoserna på en relativt stabil utveckling kring upphandlingsplanerna, med en viss ökning för FCR-D ned på 44 % från 2024 till 2030. Den pågående etableringen av batterilager förutses ha stor påverkan genom att öka konkurrensen och pressa priserna nedåt. De låga prisnivåerna 2030 kan dock göra det utmanande att motivera investeringar enbart baserat på intäkter från FCR-marknader. Vidare diskuteras modellernas begränsningar samt behovet av framtida forskning kring batteriteknik, råvaruaspekter och avancerade simuleringsmodeller för att bättre förstå marknadsdynamiken. / As the share of variable renewable electricity production increases in Sweden's energy mix, the flexibility of the power grid becomes increasingly important to maintain a stable electricity supply. This study aims to forecast prices and volumes of the Swedish frequency containment reserves FCR-N, FCR-D up, and FCR-D down until 2030. Forecasts of such developments are important for electricity market participants and their decisions to invest in flexibility resources. SARIMAX models were developed based on historical data and assumptions about future developments, which in turn were based on an interview with an industry expert as well as current reports. The results indicate a significant downward price trend. For FCR-N, prices are forecasted to decrease by 367% from 2024 to 2030, dropping from 29 euros/MW to 5 euros/MW. FCR-D up is expected to follow a similar trend with a 325% price drop, from 20 euros/MW in 2024 to 4 euros/MW in 2030. The sharpest price decline is forecasted for FCR-D down, where prices are estimated to plummet by over 1900% during the same period - from 61 euros/MW in 2024 to only 3 euros/MW in 2030. Regarding volumes, the forecasts show a relatively stable development around the procurement plans, with a certain increase for FCR-D down by 44% from 2024 to 2030. The ongoing establishment of battery storage is expected to have a major impact by increasing competition and putting downward pressure on prices. However, the low price levels in 2030 may make it challenging to justify investments based solely on revenues from FCR markets. Furthermore, the limitations of the models are discussed, as well as the need for future research on battery technology, raw material aspects, and advanced simulation models to better understand market dynamics.