Detta examensarbete behandlar en utredning om möjligheterna att genom syntetiska erfarenhetsvärden från ett energisimuleringsprogram kunna uppskatta energiprestandan i en kontorsbyggnad. Energisimuleringsprogrammet som använts är Integrated Environmental Solution Virtual Environment.   En känslighetsanalys har genomförts för att undersöka vilka parametrar som har störst påverkan på energianvändningen. Uppvärmningstemperatur, kylningstemperatur, värmeväxlareffektivitet, WWR (fönsterandel sett till total väggarea) samt uteluftsflöde gav störst utslag och de har därför undersökts vidare. Dessa parametrar har i grupper om tre kombinerats på ett bestämt vis och vidare analyserats med fyra olika regressionsmodeller. De två mest intressanta regressionsmodellerna har genomgått flertalet kontroller för att säkerställa deras giltighet. Undersökningen visar att polynomiska regressionsmodeller ger den bästa beskrivningen av energianvändningen i en kontorsbyggnad. För att skapa en mer allmängiltig modell beträffande olika byggnadstyper krävs någon form av geometrisk parameter. Vid användandet av ett fåtal rörliga parametrar kan en väldigt exakt uppskattning av energianvändningen åstadkommas, men vid införandet av fler parametrar försämras uppskattning.   Utifrån de tidigare nämnda undersökningarna har erfarenhetsvärden beräknats för att uppskatta vad en viss förändring av en parameter ger för förändring av energianvändningen. Undersökningen visar att det finns möjlighet att ta fram erfarenhetsvärden, men att de varierar beroende på valet av andra ingångsparametrar, omkringliggande byggnader och byggnadens geometri. De parametrar som gav bäst resultat var uppvärmningstemperatur som vid en grads förändring förändrar energianvändningen med 11 ± 5 procent och WWR som vid en förändring på 1 procent ger en förändring av energianvändningen med 1,0 ± 0,5 procent.

A Powerful Future explores the future electricity demand in Europe until 2050 for the industry, transport, and residential sector. This is done through a bottom-up model capturing the essential parameters for each sector combined with statistics on electricity and energy demand giving two scenarios on future power demand in Europe – High Electrification and Baseline. The electricity demand is built in Excel’s data modelling tool, at the request of Sweco. One aspect of this project also involves challenges when constructing this tool. The resolution will be yearly and economic aspects and feasibility of the electrification have not been investigated in this project. The focus of the project is to capture the most essential activities and technologies affecting the power demand in Europe to be included in the model, and less focus on analyzing each country. The annual results until 2050 for both scenarios show a significant increase in power demand in Europe due to the electrification of the industry and transport sector. The transport sector will reach approximately 550 TWh in Baseline and 600 TWh in High Electrification, while the industrial power demand will reach ~2 000/~2 700 TWh in the Baseline -/High Electrification scenario. These two sectors will account for the biggest increase in power demand while households will have a small increase in power demand. The total modeled annual electricity demand 2050 will be ~5 000/~5 900 TWh in the Baseline -/High Electrification scenario and will be approximately a doubling of the electricity demand 2021. / A Powerful Future utforskar den framtida efterfrågan av el i Europa fram till 2050 för industri, transport och hushållssektorn. Detta görs genom en bottom-up modell som infångar viktiga parametrar för varje sektor kombinerat med historiska data av energi- och elbehov för två olika scenarier för Europa –Baseline och Högelektrifiering. Elbehovet modelleras genom Excels datamodellerings-verktyg, som byggts på Swecos förfrågan. En aspekt i detta projekt involerar utmaningar när ett eget verktyg för detta ska konstrueras. Upplösningen är årlig och ekonomiska aspekter såväl som genomförbarhet har inte undersökts närmare i projektet. Resultat från projektet visar på en signifikant ökning i elbehov i Europa på grund av elektrifiering i industri- och transportsektorn. Transportsektorn kommer kräva circa 600 TWh el i Högelektrifieringsscenariet och 550 TWh i Baselinescenariet, emedan industrisektorns elbehov kommer att nå 2 000/2 700 TWh i Baseline-/Högelektrifieringsscenariet. Dessa två sektorer komma stå för den största ökningen i elbehov emedan hushållssektorn kommer stå för en liten ökning. Det totala elbehovet 2050 har modellerats till 5 000/5 900 TWh i Baseline-/Högelektrifieringsscenariet och är ungefär en fördubbling av elbehovet 2021.

The potential of hydrogen as a clean energy carrier is hotly debated, but it promises to significantly contribute to a sustainable energy future. Hydrogen can replace fossil fuels in carbon-intensive industries, heavy transport and aviation, and support a renewable energysystem by acting as energy storage to balance intermittent supply. With increasing investment, high demand projections and the promise of hydrogen to reduce carbon emissions, it is becoming increasingly important to include hydrogen in energy models. While some studies include hydrogen in their energy models, they don’t comprehensively analyse the effects of uncertainty, which is significant in the hydrogen sector. This thesis addresses this gap by developing a Nordic energy model that includes hydrogen supply and storage using OSeMOSYS, based on the European OSeMBE model. In addition to a scenario analysis, a global sensitivity analysis is performed to identify the most influential uncertainties and key interactions between the hydrogen and electricity sectors. The study identifies hydrogen demand and carbon pricing as key uncertain drivers of change, affecting system costs and emissions levels. Uncertainty about the efficiency of carbon capture and the potential for biomass technology with carbon capture and storage also significantly impact emissions. While the share of renewables is projected to be robust, the technologies used for hydrogen production are susceptible to uncertainties. Steam reforming dominates in the absence of a strong carbon price. Electricity and hydrogen from biomass can provide negative emissions and have the potential to play an important role in decarbonisation. However, biomass availability is limited and policy support like carbon pricing is needed to make these technologies competitive in the market. A key link between the electricity and the hydrogen system is electrolysers. However, while cheaper electricity makes electrolysers more attractive, the cost and performance of hydrogen production technologies, such as steam reforming or biomass gasification, are more relevant in determining which hydrogen technologies will dominate. Hydrogen storage and fuel cells aren’t used in the study, except in small amounts for some of the runs in the sensitivity analysis. However, this may change with a specified time-dependent hydrogen demand or a finer time representation in the model. The thesis shows that uncertainties around hydrogen have a much larger impact on emissions than uncertainties around the electricity system. Hydrogen technologies are in close competition, with steam reforming difficult to displace. While in the Nordic countries, the advance of renewables in electricity generation seems unstoppable, the hydrogen sector needs public policy support to become an ally in decarbonisation rather than a burden. / Vätgasens potential som en ren energibärare är omdiskuterad, men den kan bidra avsevärt till en hållbar energiframtid. Vätgas kan ersätta fossila bränslen i koldioxidintensiva industrier, tunga transporter och luftfart, och stödja ett förnybart energisystem genom att fungera som energilagring för att balansera intermittenta leveranser. Med ökande investeringar, prognoser om hög efterfrågan och löftet om att vätgas kan minska koldioxidutsläppen blir det allt viktigare att inkludera vätgas i energimodeller. Vissa studier inkluderar vätgas i sina energimodeller, men de analyserar inte effekterna av osäkerhet på ett heltäckande sätt, vilket är betydande inom vätgassektorn. Den här avhandlingen adresserar detta gap genom att utveckla en nordisk energimodell som inkluderar vätgasförsörjning och lagring med hjälp av OSeMOSYS, baserat på den europeiska OSeMBE-modellen. Förutom en scenarioanalys utförs en global känslighetsanalys för att identifiera de mest inflytelserika osäkerheterna och viktiga interaktioner mellan vätgas- och elsektorerna. Studien identifierar efterfrågan på vätgas och prissättningen på koldioxid som viktiga osäkra drivkrafter för förändring, vilket påverkar systemkostnader och utsläppsnivåer. Osäkerheten kring koldioxidavskiljningens effektivitet och potentialen för biomassateknik med koldioxidavskiljning och lagring påverkar också utsläppen avsevärt. Även om andelen förnybara energikällor förväntas vara robust, är de tekniker som används för vätgasproduktion känsliga för osäkerheter. Ångreformering dominerar i avsaknad av ett starkt koldioxidpris. Elektricitet och vätgas från biomassa kan ge negativa utsläpp och har potential att spela enviktig roll i utfasningen av fossila bränslen. Tillgången på biomassa är dock begränsad och politiskt stöd i form av t.ex. koldioxidpriser behövs för att göra dessa tekniker konkurrenskraftiga på marknaden. En viktig länk mellan el- och vätgassystemet är elektrolysörer. Men även om billigare el gör elektrolysörer mer attraktiva, är kostnaden och prestandan för vätgasproduktionstekniker såsom ångreformering eller förgasning av biomassa mer relevanta för att avgöra vilka vätgastekniker som kommer att dominera. Vätgaslagring och bränsleceller används inte i studien, förutom i små mängder för några av körningarna i känslighetsanalysen. Detta kan dock förändras med en specificerad tidsberoende vätgasefterfrågan eller en finare tidsrepresentation i modellen. Avhandlingen visar att osäkerheter kring vätgas har en mycket större inverkan på utsläppen än osäkerheter kring elsystemet. Vätgasteknikerna konkurrerar nära varandra, men ångreformering är svår att ersätta. I de nordiska länderna verkar framstegen för förnybara energikällor inom elproduktion vara ostoppbara, men vätgassektorn behöver offentligt politiskt stöd för att bli en allierad i utfasningen av fossila bränslen snarare än en börda.

Samtidigt som debatten kring jordens klimatförändring är i full gång har intresset för att miljöcertifiera byggnader vuxit oerhört. För fastighetsägare är det en möjlighet att bevisa för sina hyresgäster och köpare att byggnaden är hållbar. Är en byggnad miljöcertifierad har en oberoende part intygat att den uppfyller en nivå av hållbarhet som bestäms utifrån standardiserade kriterier. Fastighetsägaren kan alltså använda certifikatet i marknadsföringssyfte. Den här studien undersökte om en byggnad som är byggnadsminnesförklarad kan miljöcertifieras med Miljöbyggnad. Målet var att hitta kostnadseffektiva lösningar för att uppfylla de miljöcertifieringskriterier som eventuellt inte uppfylls idag. Miljöbyggnad har i dagsläget inga specifika kriterier för kulturhistoriskt värdefulla byggnader, så bedömningen har skett mot de allmänna kriterierna. Vid certifiering med Miljöbyggnad sker en granskning utifrån energi-, inomhusmiljö- och materialrelaterade kriterier. Verktyget mäter alltså inte bara byggnadens hållbarhet i fråga om växthusgasutsläpp utan även i hänseende till hälsan och välbefinnandet hos personerna som vistas i byggnaden. Byggnaden som har utvärderats är Kungliga Tekniska Högskolans studenters kårhus. Den byggnadsminnesförklarades 2012 på grund av sin utpräglade och välbevarade funktionalistiska utformning. Byggd 1930 uppfördes den mitt under en brytningstid när funktionalismen var på intåg i Sverige. I studien har alla kriterier som krävs för en miljöcertifiering gåtts igenom och stämts av mot hur byggnaden ligger till idag. Särskild fokus har lagts på Miljöbyggnads energirelaterade kriterier. För att minska energianvändningen har energieffektiviseringsåtgärder tagits fram som ger en besparing på hundratusentals kronor per år. Energieffektiviseringsåtgärderna består av bättre drift av ventilationen samt byte till effektivare belysning. Energiberäkningsprogrammet DesignBuilder har använts för att utvärdera energieffektiviseringsåtgärderna samt för att simulera termisk komfort och dagsljusinsläpp. Energikällornas hållbarhet vid olika miljöval på elhandelsavtalet och om det finns möjlighet att installera solskydd för fönstren har också undersökts. Hindret för en certifiering är att byggnaden åtminstone behöver uppfylla myndighetskrav på tillgång till dagsljus. Det finns också osäkerheter som har att göra med om energieffektiviseringsåtgärderna minskar energianvändningen så mycket som krävs för en certifiering. För övrigt finns goda förutsättningar för en miljöcertifiering. / Climate change is widely discussed these days, and the interest in environmental assessment for buildings has increased enormously. For landlords and house-owners, it brings the possibility to prove to their tenants and customers that their buildings are sustainable. A building with an environmental assessment certificate is assured by an independent inspector to fulfill a certain level of sustainability that is specified by standardized criteria. The landlords can subsequently use the certificate for advertising. This study investigated if a listed historic building can be certified according to the Swedish environmental assessment method Miljöbyggnad. The objective was to find cost effective ways to meet those criteria for environmental assessment that are not fulfilled today. Miljöbyggnad has no specific set of criteria for historical buildings today, so the investigation has been performed using the general criteria. For a certification with Miljöbyggnad, an audit from energy, indoor environment and material point of view is performed. Thus, the assessment method does not only measure sustainability regarding greenhouse gas emissions, but also concerning well-being of the occupants of the building. The examined building is the student union house of the Royal Institute of Technology (KTH) in Stockholm. The building was listed in 2012 due to its pronounced and well preserved functionalistic design. Built 1930, it was raised during the time when the functionalism was introduced in Sweden. In the study, all criteria for the environmental assessment have been evaluated for the current situation of the building. The energy related criteria has been emphasized. In order to decrease the energy use, measures for improving the energy efficiency has been found, that will save several hundred thousand SEK per year. The measures consist of improved operation of the ventilation system and retrofitted lighting for better efficacy. The energy calculation program DesignBuilder has been used to evaluate the energy efficiency measures and to simulate thermal comfort and daylighting. The sustainability of the energy sources for different environmental options for the electricity contract and the possibility of installing shadings for the windows have been investigated as well. The main difficulty for a certification is that the building has to fulfill building codes for daylighting. There are also uncertainties regarding the energy efficiency measures being able to decrease the energy use sufficiently for a certification. Other than that, the prospects are good for a certification.

Li-ion batteries have demonstrated to be a very flexible source with energystorage capability. Due to their scalability and wide range of power and energydensities, they are suitable for several applications. Li-ion storage cantherefore provide different services, the remuneration of which depends onthe electricity market of the country. In this work, two different case studiesof combination of Li-ion batteries with large-scale renewable power plantshave been investigated: batteries with solar PV in India and with wind powerin Sweden. Simulation models have been developed to assess the operationand profitability potential of different services in these two case studies. Themodels have been built using control algorithms, linear optimization (LP) andstochastic programming techniques. The results show that the use of batteriesfor solar power output smoothing under a power purchase agreement canbe a profitable business case in India. Moreover, batteries providing primaryfrequency regulation (FCR-N) in Sweden show to have a positive economicvalue. System breakeven costs to make the stacking of wind power productionimbalance compensation and FCR-N services profitable have been found,which based on conservative price expectations should be achieved by 2022. / Li-ion batterier har visat sig vara en mycket effektiv källa för lagring av energi.Tack vare deras skalbarhet och det breda utbudet av kraft och energidensiteterhar de flera användningsområden. Li-ion batterier kan därför användas föratt tillhandahålla olika typer av tjänster vars ekonomiska ersättning beror avlandets elmarknad. Detta arbete undersöker två fallstudier av Li-ion batterieri kombination med storskaliga kraftverk som drivs av förnybara energikällor:batterier i kombination med solkraft i Indien och vindkraft i Sverige. Simuleringsmodellerhar utvecklats för att undersöka driften och lönsamhetspotentialenför olika tjänster i de två fallstudierna. Modellerna baserar sig påkontrollalgoritmer, linjär optimering och stokastisk programmeringsteknik.Resultaten visar att användningen av batterier för utjämning av solenergi enligtett kraftköpavtal kan vara lönsamma i Indien. Dessutom har användningenav batterier för primärreglering (FCR-N) visat sig ha ett positivt ekonomisktvärde i Sverige. Breakeven kostnaderna för att göra kombinationen av vindkraftsproduktionensbalanskompensering och FCR-N tjänster lönsamma harhittats, vilket ska uppnås senast år 2022 baserat på en konservativ prisprognos.

This thesis explores the role of open online educational resources as a tool for building longterm capacity for Sustainable Development planning. The focus is on energy and climate mitigation related to SDG 7 and 13. In particular the thesis explores medium to long term energy systems analysis and modelling - a critical activity for energy infrastructure development. An open teaching kit and online course for the Open Source energy Modelling System (OSeMOSYS) is presented. The OSeMOSYS teaching kit is derived from training and teaching experience on the use of the tool by the OpTIMUS community of practice and its partners. Several international organisations and consortium have long experience in carrying out capacity building initiatives and programmes in energy systems analysis and modelling across the globe. Yet, knowledge transfer, dissemination and application of newly learned tools are not as effective as they might be. Enabling conditions for sustained, effective and contentflexible long-term capacity building and teaching in energy systems analysis is necessary. Yet few accessible resources exist. Availability and access to open educational materials can contribute to the development of solid and long-term capacity, particularly in developing country contexts, which often rely on international support for such activities. The OSeMOSYS open educational resources, including the online course presented in this thesis, provide a ready-made example of an energy systems analysis course that can be directly deployed at higher education levels and in-house capacity building initiatives. Its open nature promotes and facilitates the development of a network of practitioners who can contribute back to the community. Users have the option of contributing to, using and reconfiguring materials and course examples of varying levels and specifics. These can then be shared and taken up by the community of practice. / Detta examensarbete utforskar rollen av öppet tillgängliga onlinebaserade material för inlärning och utlärning som ett verktyg för långvarande kunskap för hållbar utveckling och energiplanering. Fokuserande på energi och minskad klimatpåverkan i relation till hållbarhetsmålen 7 och 13. Mer specifikt utforskar examensarbetet medium till långvarig energisystemsanalys och energimodellering – en nyckelaktivitet för energiinfrastrukturutveckling. Ett öppet utlärnings-kit och onlinekurs för det öppna energimodelleringssystemet OSeMOSYS presenteras. OSeMOSYS utlärnings-kit är framtaget med hjälp av tidigare erfarenheter i utlärning av verktyget utfört av OpTIMUS Community of practice och partners. Flera internationella organisationer och konsortium har lång erfarenhet av att utföra kapacitetsuppbyggnads initiativ och program i energisystemsanalys och energimodellering världen över. Trots detta är kunskapsöverföring, spridning och applicering av nyligen inlärda verktyg inte lika effektiva som de kunnat vara. Att möjliggöra varaktig, effektiv och kontentflexibel långvarig kapacitetsuppbyggnad och utlärning av energisystemsanalys är nödvändigt. Tillgång och tillgänglighet till öppna pedagogiska material kan bidra till utvecklingen av hållbar långvarig kunskap, speciellt i ett utvecklingsland-perspektiv, vilka ofta är beroende av stöd från internationella organisationer för liknande aktiviteter. OSeMOSYS öppna pedagogiska resurser, inkluderande en onlinekurs presenterad i detta examensarbete, bidrar med ett färdigt exempel av en kurs i energisystemsanalys som är direkt applicerbar i högre utbildningsnivåer och landspecifika kapacitetsuppbyggnadsinitiativ. Dess öppna natur främjar och underlättar utvecklingen av ett nätverk av utövare vilka kan bidra tillbaka till samhället. Användare har möjlighet att bidra till, använda och ändra material och kursexempel i varierande svårighetsnivå och specifikt ämne. Dessa kan sedan spridas och tas upp av nätverket av användare för ytterligare samhällsnytta.

The building sector is one of the sectors with the highest energy utilization and is one of the largest sources of CO2 emissions worldwide. At the same time, energy prices in Europe have significantly increased in recent years. For these two reasons, energy efficiency in buildings has become highly relevant for public and private organizations aiming to reduce energy consumption for the operation of buildings and therebyd ecrease their carbon footprint and operation costs for users and owners. This master’s thesis aims to identify areas of opportunity for energy utilization reduction and the implementation of energy efficiency strategies in four buildings of the KTH Campus, owned by Akademiska Hus. First, an energy data analysis of the last years of the operation of the buildings was conducted to identify trends and atypical energy uses. Next, energy audits were performed on the most important energy-consuming equipment and major building facilities to understand the operation conditions and characteristics of electrical, heating, and cooling systems, aiming to identify areas of opportunity for reducing energy use from current operation of the buildings. Subsequently, after understanding the energy use in the four buildings, models of the buildings were created in IDA ICE. The approach involved two steps: first, modeling the buildings’ geometry and adapting their energy consumption to match the patterns identified in the previous data analysis; and secondly, modeling the implementation of energy efficiency strategies on the buildings that aim to improve the findings of the data analysis and energy audits performed previously. These energy efficient models were subjected to energy performance analysis, economic analysis, investment feasibility analysis, among others. The results obtained from the models with energy efficiency strategies showed energy and economic savings that varied from building to building through the automation of lighting systems in the buildings, with an average return on investment of 2.5 years. Likewise, significant savings were achieved by reducing the heating setpoint during nights, causing the district heating usage to differ from the daytime demand, resulting in savings between 5 % and 8 % of the total annual energy use in the buildings, without any required investment. Additionally, the implementation of renewable energy solutions was studied by modeling the use of solar panels in the buildings, leading to a reduction in electrical grid demand between 20 % and 48 %, depending on the available area for the panels, with an average return on investment of 5.5 years. Other strategies were also studied and discussed in this report. In conclusion, this study provides evidence of the energy, economic, and environmental feasibility of different energy efficiency strategies that can be implemented in the buildings of the KTH campus. These strategies contribute to achieving the environmental objectives of Akademiska Hus and KTH. / Byggnadssektorn är en av de sektorer som har högst energianvändning och är en av de största källorna till utsläpp globalt. Samtidigt har energipriserna i Europa ökat avsevärt de senaste åren. Av dessa två skäl har energieffektivitet i byggnader blivit mycket relevant för offentliga och privata organisationer som strävar efter att minska energiförbrukningen för byggnaders drift och därigenom minska deras koldioxidavtryck och driftskostnader för användare och ägare. Denna master avhandlingsyftar till att identifiera möjlighetsområden för minskning av energianvändning samt implementering av energieffektivitetsstrategier i fyra byggnader på KTH Campus, ägda av Akademiska Hus. Först genomfördes en analys av energidata från de senaste åren av byggnadernas drift för att identifiera trender och otypisk energianvändning. Därefter utfördes energirevisioner av de mest betydande energiförbrukande utrustningarna och huvudsakliga byggnadsanläggningarna för att förstå driftsförhållandena och egenskaperna hos elektriska, uppvärmnings- och kylsystem. Syftet var att identifiera möjlighetsområden för att minska energianvändningen från nuvarande drift av byggnaderna. Efter att ha förstått energianvändningen i de fyra byggnaderna skapades modeller av byggnaderna i IDA ICE. Tillvägagångssättet innefattade två steg: först att modellera byggnadernas geometri och anpassa deras energiförbrukning för att matcha de mönster som identifierades i den tidigare dataanalysen. Sedan modellering av implementeringen av energieffektivitetsstrategier på byggnaderna, som syftar till att förbättra resultaten av den tidigare utförda dataanalysen och energirevisionerna. Dessa energieffektiva modeller underkastades analys av energiprestanda, ekonomisk analys, investeringsmöjlighetsanalys, bland andra. Resultaten som erhölls från modellerna med energieffektivitetsstrategier visade på energi- och ekonomiska besparingar som varierade från byggnad till byggnad genom automatisering av belysningssystemen i byggnaderna, med en genomsnittlig avkastning på investeringen på 2.5 år. På samma sätt uppnåddes betydande besparingar genom att sänka uppvärmningsinställningen under nätterna, vilket fick fjärrvärmeförbrukningen att skilja sig från dagtidens efterfrågan och resulterade i besparingar mellan 5 % och 8 % av den totala årliga energianvändningen i byggnaderna, utan någon nödvändig investering. Dessutom studerades implementeringen av förnybara energilösningar genom modellering av användningen av solpaneler i byggnaderna, vilket ledde till en minskning av elnätets efterfrågan med mellan 20 % och 48 %, beroende på tillgänglig yta för panelerna, med en genomsnittlig avkastning på investeringen på 5.5 år. Andra strategier studerades också och diskuterades i denna rapport. Sammanfattningsvis ger denna studie bevis på energi-, ekonomi- och miljömässig genomförbarhet av olika energieffektivitetsstrategier som kan implementeras i byggnaderna på KTH Campus. Dessa strategier bidrar till att uppnå miljömålen för Akademiska Hus och KTH.