In 2015, the Paris Agreement was signed by almost 200 countries in order to define targets for future work within sustainability and to reduce further climate impact. Since then, the European Union has taken these targets in earnest and implemented purposeful legislation for all of its members. The Swedish government has introduced an even more ambitious climate policy framework in order to achieve as low national pollution levels as possible. By doing so, regional and local authorities have been forced to take action in order to meet the defined targets for 2030 and 2050. This implies that the Swedish transport sector is now facing a major challenge - to reduce its emissions of greenhouse gases by at least 70 % as of the level of 2010. A common opinion is that electric vehicles may play an important role in this task. To establish electric drivelines within the transport sector has been a worldwide vision for decades and it seems to be one of the most promising options today. Sweco has together with AB Volvo, Volvo Cars AB, Göteborg Energi, ABB Ltd and Vattenfall AB financed the official project PussEL. Mainly, the purpose of this project was to estimate the potential of a full electrification of the transport sector in a medium size city by 2030. For this project, it was of particular interest to use Gothenburg, Sweden, as a case study. It has been most relevant to consider the electrification of road transport, including both private and public transport as well as goods distribution. The analysis has resulted in a message to residents, businesses and politicians, that an extensive electrification is doable. However, the results also indicate that the distribution grid will require a significant extension. It will definitely require serious effort and will rely on the implementation of smart and controllable vehicle charging. Nevertheless, this might be just what it takes to become one of the world leading countries in sustainable transports. Secondly, the purpose of this thesis is also to clarify the potential of the local parking company to act as an aggregator for charging and discharging of electric vehicles. By considering local driving patterns, parking profiles in car parks, as well as prerequisites of the electricity markets, it has been possible to identify the technical potential. It has been of interest to investigate services including both smart charging (V1G) and vehicle-to-grid (V2G), in order to support an extensive electrification. The estimation has been done using available software from MathWorks: MATLAB. Previous research states that battery degradation from V2G services varies according to the depth of discharge (DOD). Thus, it is desired to utilize services that require a small DOD in order to minimize the reduction of battery lifetime. Considering the economic potential, this thesis examines several available services as an aggregator. Due to the variable capacity in each car parkin combination with the requirements set by the electricity markets, some services have been excluded at an early stage of the analysis. Although, besides economic profitability, a key to success is to keep the concept user-friendly. It must be kept in mind that car owners most likely will prioritize the freedom of mobility rather than leasing their vehicles as mobile batteries. As the Swedish lawyer Thomas Thorild once said: To think freely is great, but to think rightly is greater.

Samhället står inför stora utmaningar för att globalt, regionalt och lokalt minska de klimat- och miljömässiga avtrycken till följd av antropogena aktiviteter. Transportsektorn står globalt för drygt en fjärdedel av utsläppta växthusgaser vilket varit en bidragande drivkraft till miljöavtal som kräver alternativa bränslen, reducerad användning och energieffektiviseringstekniker för att uppnås. Sverige har globalt den högsta andelen förnyelsebara bränslen (23 % år 2019) men tros, enligt trender, skifta till en mer elektrifierad fordonsflotta, som del i att uppnå miljömålen för transportsektorn. Ackumulerat effektuttag för laddbara fordon har visat sig orsaka försörjnings- och distributionsutmaningar i elnätet vilket detta arbete djupdykt kring. Syftet med detta arbete är att på en tidigare minimalt utforskad stads-skala utvärdera en stads utsatt- och robusthet gentemot olika prognostiserade elektrifieringstrender för 2030 - vilket gjorts på Tekniska verken i Linköping AB:s nät. Två scenarier, ett förutsägande och ett explorativt, har utifrån litteratur och omvärldsgranskning skapats i kombination med simulering på Linköping stads befintliga elnät för att uppskatta nya belastningsgrader och spänningsfall. Med det explorativa scenariot som referens har även framtida "smarta-nät"-lösningar (ellagring, Vehicle-to-grid/house, flexibilitetsmarknader m.fl.) demonstrativt visat potentialen hos laststyrning som alternativ till traditionell elnätsförstärkning. Förutom rent eltekniska aspekter och statistiska trender har även externa utvecklingsfaktorer, till följd av omställningen av transportsektorns multidimensionella och komplexa påverkanssamband, utvärderats. Utblickar mot den globalt ledande norska elbilssituationen, institutionella styrmedel, alternativa bränslen samt socio-tekniska och kulturella värderingar har likaså vägts in under diskussion och analys. Resultaten och inverkande omvärldsanalyser indikerar, utifrån fallstudiens omständigheter, en mild utvecklingstrend till 2030. Omkring 12 % av personbilsflottan, samtliga bussar i tätortstrafik och få tunga fordon förväntas elektrifieras och tros belastningsmässigt vara högkoncentrerat i villaområden med pendlingsavstånd och hög medelinkomst. Effekten av detta kan leda till lokalt överbelastade lågspänningsnät som primärt bör lösas med laststyrning genom ellagrings- eller V2H-tekniker innan omfattande nätförstärkning. Tekniska verken som nätägare rekommenderas framöver aktivt följa elbilstrenden i Linköping och omvärlden för att tidigt förebygga konsekvenser likt de resultaten påvisade hos det stresstestande scenariot.

This is a master thesis project carried out during a 20-week period in the spring of 2020 and that corresponds to 30 credits. The project covered concept development of a contactor (switch for controlling high current). The client ABB Control Products in Västerås, Sweden, have noticed an emerging need within the megatrend electrification in line with a growing energy demand. This comprises a new 1-pole DC-contactor (direct current contactor) within the application of EV-charging (electric vehicle charging). The problem, that this project has been based on, was to create a theoretically functioning concept for a 1-pole DC-contactor based on the client's existing 2-pole DC-contactor. In addition, some other requirements for the concept (formulated as project objectives) have also composed the problem. The research question below has been formulated as a support for carrying out the project. “How can a 2-pole DC-contactor be redesigned into a 1-pole DC-contactor, applicable in EV-charging?” By answering the research question, the project sought to contribute with a value that describes the general benefit of the project by what the concept brings in relation to the growing energy demand. The project has been carried out by using several product development methods that have led to a result which is a theoretically functioning concept. The concept has been presented as a CAD-model, it consists of three main sections: the bottom, the middle and the top. The sections consist of different components that together constitutes the concept. The concept has been able to mimic existing product to such an extent that it can be perceived to fit into the same product family. The core of the concept is that it is estimated to be capable of conducting current at 3000 A and breaking it at 1500 V. By taking advantage of the concept, which in consultation with the client has been considered to consist of a good overall solution, the further development of the new contactor can proceed towards industrialization. This, in despite to the fact that not all project objectives have been fulfilled. In future work it is recommended to develop certain areas of the design in order to later proceed to, among other things, testing the strength and conductivity of a future prototype. The project has resulted in an economic value and a scientific value due to a pending patent of a solution which has helped to make the concept work. In addition, the developed concept has created an opportunity to be able to charge heavy vehicles and charge more vehicles with higher power and higher speed. Thus, the concept has contributed to the megatrend electrification. Finally, the value generated by the entirety of the project can be summarized to that the concept can contribute to a more sustainable future in line with a growing energy demand, where more people choose renewable sources using electric vehicles for transportation.

Swedish domestic transports accounts for almost a third of the country’s total greenhouse gas emissions. The Swedish parliament has therefore set the goal of reducing fossil emis- sions in the transport sector by 70 % in 2030. Electrical technology and biofuels are judged to be part of the solution to the emission problem of heavy trucks in the transport sector.  A system perspective is needed for a successful electrified conversion of heavy trucks. A charging infrastructure needs to be installed for stationary charging that covers the ve- hicle owners’ logistics needs, while trying to minimize delivery delays. Charging methods such as depot charging, semi-public charging and public charging are solutions that can benefit the fossil-free conversion and at the same time maintain a relatively unchanged logistics pattern.  The incentives for a fossil-free transport sector indicate that more and more vehicle ow- ners will install and optimize charging infrastructures for electric trucks in connection with depots or transshipment terminals. Consequently, electricity network loads are ex- pected to increase in connection with the forthcoming electrification changeover, which creates new challenges for the electricity network. It is important for Vattenfall Eldistri- bution to forecast future power needs in connection with electrified logistics centers. The purpose of the present work is therefore to investigate how the logistics center for heavy transport will be electrified.  An inventory of requirements has been carried out with selected participants in the trans- port sector, who are involved in various ways in the sustainable conversion of both vehicles and charging infrastructure. Simulation models have also been developed in MATLAB to investigate and exemplify future power needs.  Conclusions from the interview compilation are that it is a lack of resources within in- frastructure for stationary charging and financial conditions that limit the transport com- panies’ development towards electrification of heavy transports. Shorter lead times for electricity network expansion and mapping of energy resources from electricity network companies can be helpful methods for promoting the conversion. Power reduction tech- niques will be a key element in reducing costs. Investment subsidies for new purchases of heavy electric vehicles are currently not sufficiently advantageous. Smaller hauliers with poorer economic conditions will be particularly dependent on TCO and therefore new reforms are called for. A similar situation also applies to incentives for charging infrastructure.  Conclusions from the model simulation are that it will be necessary to strengthen the electricity network construction. Based on today’s already existing power needs, up to ten times more strengthening may be needed under worst conditions. The introduction of local storage and possible generating is therefore of high interest to the property owners of the logistics centers. Future booking systems are likely and it is also said that relocation of charging times will be sought after for the purpose of power peak reduction.

I detta arbete undersöktes möjligheten för fartyget M/F Ljungskär att konverteras till batteridrift. Arbetet delades upp i två delar där första delen undersökte om det var möjligt med dagens driftprofil och passagerarantal. I andra delen modifierades driftprofilen och passagerarantalet. Vidare studerades om det fanns några ytterligare regelverk som skulle behöva implementeras till följd av ombyggnation till batteridrift. Resultatet visar att det inte är möjligt att konvertera fartyget till batteridrift med dagens driftprofil och passagerarantal, men modifiering av driftprofil och passagerarantal gör det möjligt. Vid en ombyggnation kommer inga nya regelverk att omfattas men nya certifikat kommer behöva ges ut. De största bidragande faktorerna till resultatet är hur mycket kapacitet i form av batteri som kan förvaras ombord, hur stor effekt som batterierna tillåter för laddning samt hur långt det är mellan laddningscyklerna. / This project studied the possibility to convert M/F Ljungskärs propulsion system from diesel- to battery powered. The project was divided in two sections in which the first part investigated conversion without changing passenger capacity or route. The second part investigated if conversion was possible with modified passenger capacity and route. In addition, a study was carried out to verify if any new rules or regulations had to be implemented due to the refitting.  The results showed that it is not possible to convert the vessel to a battery power propulsion system with the current passenger capacity and route but with modifications makes it possible. In case of refitting will no new rules or regulations be applied but new certificates will be required. The largest contributing factors to the results are how much battery capacity that can be stored onboard, the batteries charging capabilities and the distance between charging cycles.

According to the climate goal set by the Swedish government Sweden will have no net emissions of greenhouse gases by 2045 (with a subgoal of decreasing) emissions from domestic transportation by 70% before 2030, compared to 2010. Because of this the vehicle fleet is being electrified and according to a prediction made by Fossilfritt Sverige 16% of the heavy vehicle fleet will be electrified by 2030. However, the electrical grid has a capacity shortage in many cities in Sweden and it will be a challenge to provide the required power. Västerås is one of those cities.    The goal of this study is to investigate the necessary electrical power in Västerås to charge city busses and freight transports in 2030, as well as look at actions that could lower the power demand. Nine places were important for charging: two depots, two public charging stations and five regions for commerce and industry, where vehicles will fast charge during loading and unloading of wares. The vehicles are predicted to stay at the loading dock for ten minutes, while they will stay in the depot and charging station for eight hours. A model created in Python was used for all nine places, as well as the bus depot, where arrival, departure and state of charge were given as input. The model then showed the power required for charging all vehicles. Load shifting was used in the depots and charging stations, and energy storages were used at the loading docks, to lower the power demand.  The result of this study shows that with direct charging of heavy vehicles 12 MW will be needed, and with load shifting and energy storages implemented the power demand would be halved.

Världen är i en omställning för en hållbarare framtid och det inkluderar miljövänligare transporter. Elflygplan är under utveckling och de kan fylla ett syfte för att minska flyg- trafikens miljöpåverkan. De elflygplan som förväntas vara i trafik först i Sverige har en passagerarkapacitet på cirka 19 personer och kan transporteras cirka 400 km. För att se vilken den totala påverkan elflygplan kan ha på miljön undersöktes de miljökonsekvenser som kan uppstå kring flygplatser. Studien begränsades till att analysera de luftföroreningar som uppstår i LTO-cykeln, vilket innefattar flygplanets rörelser på marken och upp till 915 m höjd i luften. De miljökonsekvenser som framförallt påverkas vid användandet av elflygplan är energiförbrukning och luftföroreningar. Vattenföroreningar och buller undersöktes också. Elförbrukningen kommer som väntat öka att vid användning av elflygplan och den ökar med antalet elflygplan i bruk. För att minska eekttoppar under laddning av flygplanen på flygplatser kan energilagring med batterier eller vätgas användas. Elflygplanen har inga emissioner av luftföroreningar och de kommer därför att minska. Desto fler elflygplan i trafik desto större minskning av luftföroreningar kommer ske. Bullerutbredningen kan tänkas minska vid starten med elflygplan medan högre bullernivåer kan förväntas vid landning då framförallt batterielektriska flygplan är tunga eftersom vikten av batterierna inte avtar med flygsträckan. För att elflygplan ska vara ett miljövänligare alternativ ur ett flygplatsperspektiv måste energin för att ladda flygplanet komma från hållbara källor. Den främsta skillnaden mellan batterielektriska flygplan och bränslecelsflygplan kommer att vara infrastrukturen som krävs på flygplatsen. Flygplan med bränsleceller och vätgas som drivmedel kommer även ha vattenånga som restprodukt vid användande medan batterielekt- riska plan har noll utsläpp till luften. Även ett ändrat resmönster är tänkbart där elflygplanen fyller ett transportsyfte från mindre flygplatser till större flygplatser för vidare resande. Detta skulle kunna minska persontransporter kring de större flygplatserna så som Arlanda. Då elflygplanen inte använder flygbränsle kommer även transporter av flygbränsle att minska. / The world is in a transition for a more sustainable future and that includes more environ- mentally friendly transport. Electric aircrafts are under development and they can fulfill a purpose to reduce the environmental impact from air trac. The electric aircrafts that are expected to first be in use have a passenger capacity of 19 people and can fly 400 km. To gain an understanding of the total environmental impact of electric aircraft, the environmental consequences that may arise around airports were investigated. The study was limited to analyzing the air pollutants that occur in the LTO-cycle, which includes the aircraft’s movements on the ground and up to 915 m altitude. The environmental consequences that are primarily aected by the use of electric aircraft are energy consumption and air pollution. Water and noise pollution were also analyzed. As expected, electric energy consumption will increase with the use of electric aircrafts and it increases with the number of electric aircraft in use. To reduce power peaks at airports that arise when charging, energy storage with batteries or hydrogen may be used. The electric aircraft have no emissions of air pollutants and the emissions around airports will therefore be reduced. The more electric aircrafts in trac, the greater the reduction in air pollution will be. The noise distribution can be expected to decrease at take-o with electric aircrafts, while higher noise levels can be expected when landing, especially since battery-electric aircraft are heavy at landing because the weight of the batteries does not decrease with the flight distance. For electric aircraft to be a more environmentally friendly alternative from an airport perspective, the energy used to charge the aircraft must come from sustainable sources. The main dierence between battery electric aircraft and fuel cell aircrafts will be the infrastructure required at the airport. Aircraft with fuel cells and hydrogen as fuel will also have water vapor as a residual product during flight, while battery-electric aircrafts have zero emissions to the air. A changed travel pattern is also conceivable, where the electric aircraft fulfill a transport alternative from smaller airports to larger airports for further travel. This could reduce passenger transports around the larger airports such as Arlanda. As the electric aircraft don’t use aviation fuel, transports of aviation fuel will also be reduced.

Due to legislative pressure on a global, European and Swedish level the heavy-duty transportation sector needs to drastically reduce its emissions. One potential pathway forward for the heavy-duty transportation sector is that of electrification, which would require novel infrastructure to be established in the form of stationary charging or dynamic charging through what is often called electric road systems (ERS). The aim of this thesis has been to investigate how developments in battery technology impacts the potential electrification of heavy-duty transportation in Sweden. The starting point is from the perspective of battery technology and the resulting impact that battery technology has on the provision of charging infrastructure. In order to analyse the relation between these parameters the market developments of lithium-ion batteries were explored and an empirical study of the likely stakeholders of an electrified heavy-duty transportation system was conducted. The study finds that battery technology has a substantial momentum and several stakeholders view the electrification of heavy-duty transportation as the most cost-efficient solution in the long-term. There is however a consensus that battery development has not yet progressed to a stage where the electrification of heavy-duty transportation is financially or technically viable. Developments in battery technology affect the prospects for stationary charging provision and ERS (i.e. dynamic charging) differently, with stationary charging being more dependent on positive developments. The relation between developments in battery technology and ERS is more complex as its deployment is not only dependent on market developments but is also highly dependent on decisive actions by policy makers. Developments in battery technology could however affect both alternatives positively in the long-term, as a sustained positive battery development will make fully electric heavy-duty trucks an attractive option for the market to pursue. Once a common belief in the electrification of heavy-duty transportation has been established the main issue described by stakeholders, ensuring a long-term positive business case, could therefore be achieved by both alternatives. The study concludes that for an electrification of heavy-duty transportation to be financially sustainable in the long-term, continued positive battery developments are a prerequisite. / Till följd av lagstiftningskrav på en global, europeisk och svensk nivå så måste tunga vägtransporter drastiskt minska sina utsläpp. En möjlig utveckling för tunga vägtransporter kan vara elektrifiering vilket skulle kräva en etablering av ny infrastruktur, antingen i form av stationära laddstationer, eller i form av elvägar. Syftet med denna uppsats har varit att utreda hur batteriutvecklingen påverkar förutsättningarna för att tunga vägtransporter i Sverige skulle kunna elektrifieras. Utgångspunkten har varit utifrån perspektivet av batteriteknologi och den påverkan som batteriteknologin har på tillhandahållandet av laddinfrastruktur. För att analysera relationen mellan dessa parametrar så har marknadsutvecklingen för litium-jon batterier utretts och en empirisk studie med de aktörer som troligen skulle vara delaktiga i ett elektrifierat transportsystem har utförts. Studiens slutsatser är att batteriteknologin har ett betydande momentum och att flera aktörer på sikt ser elektrifieringen av tunga vägtransporter som den mest kostnadseffektiva lösningen. Det råder dock en konsensus om att batteriutvecklingen ännu inte har kommit långt nog för att elektrifieringen av tunga vägtransporter ska vara tekniskt eller ekonomiskt gångbar. Batteriutvecklingen påverkar utsikterna för tillhandahållandet av stationära laddstationer och elvägar på olika sätt, där stationära laddstationer är mer beroende av en positiv batteriutveckling. Relationen mellan batteriutvecklingen och elvägar är mer komplex då etableringen av elvägar inte bara är beroende av marknadsförhållanden utan även är avhängig på ett starkt politiskt stöd. Batteriutvecklingen kan dock ha en positiv påverkan på båda dessa alternativ på lång sikt, då en ihållande positiv batteriutveckling skulle göra helelektriska tunga lastbilar till ett attraktivt alternativ för marknaden att eftersträva. När en gemensam övertygelse om att elektrifieringen av tunga vägtransporter är den optimala vägen framåt har uppnåtts så kan det huvudsakliga problemet som aktörer beskriver, upprättandet av långsiktigt hållbara affärsmodeller, uppnås av båda alternativen. Studien drar slutsatsen att för att en elektrifiering av tunga vägtransporter ska vara ekonomiskt hållbar på sikt så är en fortsatt positiv batteriutveckling en förutsättning.

Föreliggande projekt har genomförts mot Sund Birsta AB. Projektet innefattade förberedande arbeten för elektrifiering av Sund Birstas hydrauliska bandförslutare SBH5. Projektet har resulterat i en funktionskartläggning av den hydrauliska bandförslutaren, en modifikationsplan över möjliga modifikationer av nuvarande enhet, och framtagningen av ställdonsbehov för det elektriska ställdonet som ska styra maskinens huvudförslutning och bandklippning. Syftet med elektrifieringen var framför allt att minimera den brandrisk hydrauloljan medför, men den förhöjda energieffektiviteten som en elektrifiering generellt resulterar i, är svår att förbise. SBH5:an har tre delsystem: huvudförslutaren, säkerhetsförslutaren och klämkäften. Där de två första systemen genomför själva förslutningen, medan klämkäften håller fast bandet under förslutningsprocessen. Ställdonets kraftbehov beräknades genom länksystemets mekanik. För ställdonets hastighetsbehov definierades först stansens konceptuella rotationshastighet för att sedan med hjälp av vektoranalys översätta den till en cylinderhastighet för ställdonet. Ställdonsbehoven för huvudförslutaren resulterade i ett maximalt kraftbehov på 8,3 kN och en maximal cylinderhastighet på 47,9 mm/s. Ställdonet föreslås vara av typen rullskruv med tanke på dess längre livslängd och kompakta design jämfört med till exempel vanliga kulskruvar. Eventuella modifikationer av länksystemet, som kan innebära att billigare ställdon kan väljas, diskuteras. / This project has been conducted at Sund Birsta AB. The project included preparatory work for the electrification of Sund Birstas hydraulic strapping machine SBH5. This project has resulted in a functional analysis of the hydraulic strapping machine, an amendment plan over potential modifications of the current unit, and some specification requirements for the upcoming electrical actuator operating the main seal and strap cutter. The purpose of the electrification is above all to minimize the fire hazards due to the utilization of hydraulic fluids, but the increased energy efficiency that an electrification generally implies, is difficult to overlook. The SBH5 has three subsystems: main seal, security seal and strap clamp. Where the first two together preform the complete seal, while the strap clamp holds the strap in place during the sealing process. The force requirement of the actuator was determined through calculation on the linkage system. For the speed requirement of the actuator, a conceptual rotational speed of the main seal punch was first defined, and then with the aid of vector analysis translated into a cylinder speed of the actuator. The actuator requirements for the main seal were compiled to include a force requirement of 8,3 kN and a maximum cylinder speed of 47,9 mm/s. The actuator is proposed to be of roller screw type due to its longer service life and more compact design compared to regular ball screw actuators. Possible modifications to the linkage systems, which could allow more cost-effective actuators, are discussed.

För att kunna möta framtida energibehov och samtidigt värna om miljön kommer det krävas att energisystemet och transportsektorn, som den ser ut idag, förändras i grunden. För att få till förändring läggs på Europeisk och nationell nivå direktiv respektive mål. Detta har lett till att man på regionala nivåer kollar över sina energibalanser och hur ens klimatpåverkan ser ut och kan minskas. En av dessa regioner är Kronobergs län i Småland som år 2050 vill bli ett Plusenergilän. Plusenergilän innebär att Kronoberg ska vara självförsörjande på sitt energibehov samt vara helt klimatneutrala. Energikontor Sydost har av regionen givits i uppdrag att följa upp de här målen, vilket sätter premisserna för det här projektet.För detta ändamål har en nutida energibalans i länet skapats för år 2019 för att utifrån denna ge en bild av de utmaningar Kronoberg kommer ställas inför, och på så sätt skapa ett framtida scenario med milstolpar för år 2030 och 2050.I rapporten skapas utifrån Energimyndighetens framtidsprognoser, ett elektrifieringsscenario där främst transport och industrisektorn i högre grad förväntas använda elenergi. Utifrån prognoserna och elektrifieringsscenariot fastslogs att Plusenergi inte uppnås år 2050 och därför föreslogs tre ytterligare åtgärder som innefattade mer vindkraft, egenproduktion av flytande biobränslen samt Bioenergy Carbon Capture and Storage. Med dessa åtgärder uppnås Plusenergilän år 2050 men som slutsats dras också att utifrån hur energibalansen såg ut år 2019, är det en lång väg för Kronobergs län att uppnå de fastställda målen till Plusenergi, och att det främst är energi inom transportsektorn och den totala tillförseln av el som är de stora parametrarna som behöver förändras i infrastrukturen. SCB, PHEV, BEV, BECC, Pyrolysolja, HDO, Plusenergilän, Scenario, Elektrifiering, Energibalans, Vindkraft, EnergyPLAN