The Swedish energy sector is undergoing transformational changes. Along with a rapid growth of renewables and a shift towards electromobility, the transformation is expected to bring challenges to the power system in terms of grid instability and capacity deficiency. Integrating distributed renewable electricity production into the electric vehicle (EV) charging infrastructure is a promising solution to overcome those challenges. The feasibility of implementing such a charging infrastructure system in northern Sweden is however uncertain, as the solar resources are scarce in the long winter period. This study aims to maximise the value of a solar powered EV charging station, placed in a workplace environment in Umeå. An integrated system model of the charging station is developed, comprising separate models of a solar PV system, a battery energy storage system (BESS), the workplace EV fleet and the building Växthuset, onto which the charging station will be installed. Three scenarios are developed to study the charging station’s system performance under different EV charging strategies and BESS dispatch strategies. Two additional scenarios are developed to study the potential grid services that the charging station can provide in the winter period. A techno-economic assessment is performed on each scenario’s simulation results, to measure their effect on the charging station’s value. It involves analysing the charging station’s profitability and how well the BESS is utilised by the end of a ten-year project period. The charging station’s grid impact is further assessed by its self-consumption of solar power, peak power demand and the grid energy exchange. The assessed charging station values indicate that the overall grid impact was reduced with dynamic EV charging strategies and that the BESS capacity utilisation was strongly influenced by its dispatch strategy. The charging station further implied a net capital loss under the explored scenarios, even while the dynamic charging strategies brought by a slightly increased economic value. Moreover, the studied winter scenarios showed a great potential for the charging station to provide ancillary services to the local distribution grid while maintaining an efficient BESS capacity utilisation. The winter period’s peak power demand was significantly reduced by optimising the BESS operation to shift peaks in the building’s load profile, and peaks caused by the additional EV charging demand and the EV heaters, to off-peak hours. On this basis, future research is recommended for improved simulations of the charging station operation and to study additional value-added features that the solar driven charging station can bring. / Sveriges energisystem genomgår en omfattande omställning. Förändringar i form av en ökad andel förnybar elproduktion och elektrifieringen av transportsektorn förväntas medföra stora utmaningar för elsystemets nätstabilitet och överföringskapacitet. Att integrera in distribuerad, förnybar elproduktion som en del av laddinfrastrukturen för elfordon ställer sig som en lovande lösning för att möta de väntande utmaningarna. Möjligheterna att tillämpa en sådan lösning i norra Sverige är däremot mindre självklara, då solresurserna är knappa under vintertid. Det här examensarbetet syftar till att maximera nyttan av en soldriven laddstation för elbilar, placerad på ett arbetsplatsområde i Umeå. En integrerad energisystemmodell av laddstationen har skapats, bestående av systemmodeller av solpaneler, ett batterienergilager, arbetsplatsens elbilsflotta samt byggnaden Växthuset, som laddstationen ska anslutas till. Tre scenarier har utformats för att undersöka hur laddstationens prestanda förändras beroende på olika laddstrategier för elbilarna och batterienergilagrets styrning. Ytterligare två scenarier har utvecklats för att utforska möjliga nättjänster som laddstationen kan bistå med under vintertid. Laddstationens värde har vidare bedömts utifrån systemets prestanda i de olika scenarierna. Bedömningen grundar sig på laddstationens lönsamhet och hur välutnyttjat batterienergilagret är efter en kalkylperiod på 10 år, samt på specifika påverkansfaktorer på elnätet. Faktorerna omfattar konsumtionen av egenproducerad el, toppeffektuttaget och nätöverföringarna orsakade av laddstationen. Från värderingen av laddstationen framgår det att de dynamiska laddstrategierna ledde till en, överlag, minskad påverkan på elnätet samt att styrningen av batterienergilagret hade stor inverkan på dess utnyttjandegrad. Laddstationens nettonuvärde förblev negativt i de tre scenarierna, även om de dynamiska laddstrategierna, ökade dess ekonomiska värde till en viss del. Vidare tyder simuleringen av vinterscenarierna på att det finns en stor potential för laddstationen att erbjuda tjänster för lokalnätet och samtidigt nyttiggöra sig av batterienergilagret. Växthusets toppeffektuttag reducerades märkbart genom att optimera batteristyrningen till att flytta effekttoppar orsakade av Växthusets ellastkurva eller elbilarnas laddning och uppvärmning, till de timmar där lasten var lägre. Med detta i bakgrund föreslås vidare studier som fokuserar på den integrerade energisystemmodellen för att förbättra simuleringarna, samt att undersöka möjligheterna till att erbjuda fler nättjänster, som ökar laddstationens mervärde.

Modern power systems are at the forefront of addressing the transition towards a decarbonized energy system, with increased integration of renewable energy sources becoming the key means to achieve the same. In this context, an expansion planning problem provides a decision support framework for investments in new generation and transmission assets over a long time-frame, addressing a wide range of technical and economic criteria aligned with national policies. It is thus an important but complex problem to solve, involving a number of modelling challenges and uncertainties to be considered. These include the treatment of operational variability due to the intermittent nature of renewable sources like wind or solar, while also considering uncertainties such as demand growth, technological developments impacting future investment costs among others, that define the long-term dynamics in the expansion. In this regard, one of the goals of the EU Project Spine is to create open source models to study investment scenarios for the expansion of power systems. This thesis work aims to offer insights for the Spine project, by identifying and exploring various requirements pertinent to a planning problem, along with method development. The primary objective of this thesis is to develop an expansion planning model, that determines the optimal location, size or capacity and time of investment for different candidates in generation and transmission assets, including short-term energy storage. A Mixed-Integer Linear Programming (MILP) optimization problem is formulated for the same, with both investment and operational sub-problems solved together. Operational variability has been modelled in a reduced form using profiles of representative days, while also incorporating contemporary requirements in the planning problem such as penetration targets for renewable generation. The developed model has been evaluated using a case study done on a small test network, in which different expansion scenarios involving varying demand growth and phase-out of conventional generators are investigated. Also, a two-stage stochastic optimization is performed to consider long-term uncertainties in demand growth and the quality of the stochastic solution is analyzed. It is inferred from the results that the expansion solution is indeed different for different scenarios, and stochastic optimization proves to be important in addressing long-term uncertainties, as reflected by a high value of stochastic solution (VSS). / Moderna kraftsystem ligger i framkant när det kommer till omställningen till ett fossilfritt energisystem. Ökad integrering av förnybara energikällor är den främsta lösningen för att uppnå detta. I samband med omställningen kan ett utbyggnadsplanering problem bidra till ramverk för investeringsbeslut för genererings- och transmissionstillgångar över ett långt tidsspann, vilket tar hänsyn till en bredd av tekniska och ekonomiska kriterier i linje med nationella policyer. Detta är ett viktigt, men ett komplext problem som inkluderar ett stort antal modelleringsutmaningar och osäkerheter som måste beaktas. Bland annat inkluderas hur drift varierar på grund av de förnybara energikällornas intermittenta karaktär såsom vind och sol, medan osäkerheter kring hur efterfrågan utvecklas, tekniska framsteg som påverkar framtida investeringar m.m., också behöver vägas in. Med hänsyn till detta är ett av målen för EU Project Spine att skapa en open source för modeller med syftet att studera investeringsscenarier när kraftsystemet expanderar. Syftet med detta examensarbete är att ge insikt i Spine-projektet genom att identifiera och utforska olika relevanta krav för ett planneringsproblem samt att utveckla metoder. Det huvudsakliga målet för detta examensarbete är att utveckla en expanderad planeringsmodell som bestämmer optimal placering, storlek, kapacitet och tidpunkt för investering för olika typer av genererings- och transmissionstillgångar samt kortvarig energilagring. Ett mixed-integer linjär programmering (MILP) optimeringsproblem har formulerats, där både investerings- och drifts-subproblem beräknas tillsammans. Variabel drift av kraftsystemet har modellerats på reducerad form genom att använda profiler för representativa dagar, därtill inkluderas samtida krav i planeringen såsom mål för penetreringsnivå av förnybara energikällor. Den utvecklade modellen har utvärderats i en fallstudie på en liten nätmodell där olika scenarier har utforskats. I scenarierna varieras tillväxten på efterfrågan och när utfasningen av konventionella generatorer sker. Därtill, sker en två-stegs stokastisk optimering för att ta hänsyn till långsiktiga osäkerheter kring tillväxten på efterfrågan och kvalitén av den stokastiska lösningen har analyserats. Resultaten visar att den expanderade lösningen är olika för olika scenarier, och att den stokastiska optimeringen är viktig när långsiktiga osäkerheter måste beaktas som visas genom ett högt värde för den stokastiska lösningen (VSS).

Battery electric vehicles and fuel cell vehicles, i.e. hydrogen vehicles, are promising alternatives to internal combustion engine vehicles to reduce GHG emissions from the transport sector. EV charging and hydrogen refuelling infrastructure is crucial to the deployment of alternative fuels in transport. Although several studies have analyzed electric public buses infrastructure, fuel cell buses have not been the target of such extensive analyses. Additionally, there is a gap in the literature regarding the comparison of infrastructure for these two types of vehicles and their cost and refuelling schedule differences. The study aims to conduct a techno-economic analysis of electricity versus hydrogen refuelling infrastructure to decarbonize public buses, using renewable sources to produce renewable electricity and green hydrogen. The outcome is a proposed system design regarding the size of the refuelling station, storage system capacity, renewable energy capacity, on-site hydrogen production system size, and the optimized refuelling schedule. The system is modelled to minimize the overall system cost while maintaining the current bus service level. The impact of electricity market prices, demand charges and varying bus energy demand in the optimal system configuration and schedule is also addressed. Scenarios are developed to study different levels of new installed renewable capacity integration and how these affect the cost, bus refuelling schedules and infrastructure design. The mixed-integer linear programming problem was modelled using Python. The model is applied to the case study of one bus line in Umeå. One terminal station was chosen to place the refuelling stations. The results show that the most economical option is electrifying the line with electricity supply only from the grid. For scenarios with additional renewable energy capacity installed, the option with 50% integration of new installed capacity is the most economically viable. In both these cases, there is no installation of BESS at the charging station. Electric buses infrastructure is cheaper than hydrogen infrastructure in all scenarios, but these values converge as renewable energy integration increases. For hydrogen infrastructure, the scenario with 50% renewable energy integration is the least costly. Although electric bus infrastructure is more economical than hydrogen infrastructure, hydrogen buses present advantages in terms of significantly higher range and thus higher flexibility for refuelling. Therefore, in the decision-making process to replace a fossil fuel bus line with an alternative fuel bus line, one must consider the multi-dimensional level of the different options. / Batterielektriska fordon och bränslecellsfordon, dvs. vätgasfordon, är lovande alternativ till fordon med förbränningsmotorer för att minska växthusgasutsläppen från transportsektorn. Infrastruktur för laddning av elfordon och tankning av vätgas är avgörande för att alternativa bränslen ska kunna användas inom transportsektorn. Även om flera studier har analyserat infrastrukturen för offentliga elbussar har bränslecellsbussar inte varit föremål för sådana omfattande analyser. Dessutom finns det en lucka i litteraturen när det gäller jämförelsen av infrastruktur för dessa två typer av fordon och deras skillnader i fråga om kostnader och tankningsschema. Syftet med studien är att genomföra en teknisk-ekonomisk analys av infrastruktur för tankning av el respektive vätgas för att avkarbonisera offentliga bussar, med hjälp av förnybara källor för att producera förnybar el och grön vätgas. Resultatet är ett förslag till systemutformning med avseende på tankstationens storlek, lagringssystemets kapacitet, kapaciteten för förnybar energi, storleken på systemet för vätgasproduktion på plats och det optimerade tankningsschemat. Systemet modelleras för att minimera den totala systemkostnaden samtidigt som den nuvarande service nivån förbussarna bibehålls. Effekten av elmarknadspriser, efterfrågeavgifter och varierande energiefterfrågan från bussarna på den optimala systemkonfigurationen och schemat behandlas också. Scenarier utvecklas för att studera olika nivåer av nyinstallerad förnybar kapacitet och hur  dessa påverkar kostnaden, bussarnas tankningsscheman och infrastrukturens utformning. Det linjära programmeringsproblemet med blandade heltal modellerades med hjälp av Python. Modellen tillämpas på fallstudien av en busslinje i Umeå. En ändstation valdes ut för att placera tankstationerna. Resultaten visar att det mest ekonomiska alternativet är att elektrifiera linjen med elförsörjning endast från nätet. För scenarier med ytterligare installerad kapacitet för förnybar energi är alternativet med 50 % integrering av ny installerad kapacitet det mest ekonomiskt lönsamma. I båda dessa fall finns det ingen installation av BESS vid laddningsstationen. Infrastrukturen för elbussar är billigare än infrastrukturen för vätgas i alla scenarier, men dessa värden närmar sig varandra när integrationen av förnybar energi ökar. När det gäller vätgasinfrastruktur är scenariot med 50 % integrering av förnybar energi det minst kostsamma. Även om infrastrukturen för elbussar är billigare än infrastrukturen för vätgasbussar har vätgasbussar fördelar i form av betydligt större räckvidd och därmed större flexibilitet när det gäller tankning. I beslutsprocessen för att ersätta en busslinje med fossila bränslen med en busslinje med alternativa bränslen måste man därför ta hänsyn till de olika alternativens flerdimensionella nivå.

As the share of weather-dependent renewable energy sources increases in the energy system, more grid balancing solutions are needed. For companies investing in energy production facilities, this offers new business opportunities. This master's thesis examines a battery energy storage system (BESS) co-located with a wind farm and utilizing its existing grid connection. The profitability of the battery system investment is evaluated using Net Present Value (NPV), Internal Rate of Return (IRR) and Payback time (PBT). In the analysis, the revenue of the battery system consists of capacity (MW) payments from reserve markets. The profitability of the battery system is studied in both the annual and hourly markets. The report compares the results to those of a standalone battery system to understand the advantages of utilizing the same grid connection. Finally, the investment is analysed further using scenario analysis on the annual degradation and the market price levels. The battery capacity is sized according to the maximum NPV. The results indicate that both the co-located BESS and the standalone BESS are potential investment targets, but the co-located BESS utilizing the wind farm's grid connection offers better returns. The reason for this is that the cost of a new grid connection for a standalone BESS is higher than the revenue lost due to capacity constraints when utilizing the existing grid connection. Hourly reserve markets offer better returns than annual reserve markets. Annual markets yielded an internal rate of return of 9 % and a net present value of 350 kEUR, while hourly markets yielded an internal rate of return of 22 % and a net present value over 10 times higher compared to the annual market returns. The optimal sizing of the battery capacity is found to be between 30 and 40 % of the wind park’s production capacity, or in this case 4-5 MW. / Med en ökande andel väderberoende förnybara källor i energisystemet behövs fler lösningar för att behålla balansen i elnätet. Detta erbjuder nya affärsmöjligheter för energiföretag som vill investera i energilagringslösningar. Denna uppsats undersöker ett batterisystem som är beläget vid en vindpark och utnyttjar en befintlig nätanslutning. En ekonomisk analys med nettonuvärdesmetoden (NPV), internräntemetoden (IRR) samt återbetalningstiden (PBT) av batterisystemet utförs för att utvärdera investeringspotentialen. I analysen består intäkterna från batterisystemet av kapacitetsbetalningar från reservmarknader. Lönsamheten för batterilagringssystemet undersöks både på årsmarknader och timmarknader. Rapporten jämför resultaten med ett fristående batterilagringssystem för att förstå fördelarna med att utnyttja samma nätanslutning. Slutligen analyseras investeringen med hjälp av scenarioanalys för olika marknadsprisnivåer samt årliga försämringstakter. Batterikapaciteten dimensioneras enligt det maximala nettonuvärdet. Resultaten visade att både batterilagringssystemet som utnyttjar vindkraftparkens nätanslutning och det fristående batterilagringssystemet är potentiella investeringsobjekt, men batterilagringssystemet som utnyttjar vindkraftparkens nätanslutning erbjuder bättre avkastning. Anledningen till detta är att kostnaden för en ny nätanslutning för ett fristående batterilagringssystem är högre än de inkomstförluster som orsakas av kapacitetsbegränsningar vid utnyttjandet av den befintliga nätanslutningen. Timreservmarknader erbjuder bättre avkastning än årsreservmarknader. Årsmarknaderna genererade en internränta på 9 % och ett nuvärde på 350 kEUR, medan timmarknaderna genererade en internränta på 22 % och över 10 gånger högre nuvärde jämfört med årsmarknaderna. Den optimala dimensioneringen av batterikapaciteten bedöms vara 30–40 % av vindkraftparkens produktionskapacitet, vilket i detta fall är 4–5 MW. / Sääriippuvaisen uusiutuvien energiatuotantomuotojen osuuden kasvaessa energiajärjestelmässä tarvitaan lisää verkontasapainotusratkaisuja. Energiatuotantolaitoksiin investointeja tekeville yrityksille tämä tarjoaa uusia liiketoimintamahdollisuuksia. Tämä diplomityö tarkastelee akkujärjestelmää, joka sijaitsee tuulivoimapuiston ohessa ja hyödyntää olemassa olevaa verkkoliityntää. Akkujärjestelmän investoinnin kannattavuutta arvioidaan hyödyntäen nettonykyarvoa (NPV), sisäistä korkoa (IRR) sekä takaisinmaksuaikaa (PBT). Analyysissä akkujärjestelmän tulot koostuvat reservimarkkinoiden kapasiteettimaksuista. Akkujärjestelmän kannattavuutta tutkitaan sekä vuosimarkkinoilla että tuntimarkkinoilla. Raportissa verrataan tuloksia itsenäisen akkujärjestelmän tuloksiin, jotta ymmärrettäisiin saman verkkoliitynnän hyödyntämisen edut. Lopuksi investointia analysoidaan skenaarioanalyysin avulla eri markkinahintatasoilla ja akkujärjestelmän rappeutumisnopeudella. Akkukapasiteetti mitoitetaan maksimaalisen nettonykyarvon mukaan. Tulokset osoittivat, että sekä tuulivoimapuiston verkkoliitynnän hyödyntämä akkujärjestelmä että omalla verkkoliitynnällä oleva akkujärjestelmä ovat potentiaalisia investointikohteita, mutta tuulivoimapuiston verkkoliityntää hyödyntävä akkujärjestelmä tarjoaa parempia tuottoja. Syynä tähän on, että uuden verkkoliitynnän kustannus itsenäiselle akkujärjestelmälle on suurempi kuin olemassa olevan verkkoliitännän hyödyntämisen kapasiteettirajoitusten aiheuttavat tulonmenetykset. Tuntireservimarkkinat tarjoavat parempia tuottoja kuin vuosireservimarkkinat. Vuosimarkkinat tuottivat 9 % sisäisen koron ja 350 kEUR nettonykyarvon, kun taas tuntimarkkinat tuottivat 22 % sisäisen koron ja yli 10 kertaa korkeamman nettonykyarvon vuosimarkkinoiden tuottoihin verrattuna. Akkukapasiteetin optimaalinen mitoitus todetaan olevan 30–40 % tuulipuiston tuotantokapasiteetista, joka tässä tapauksessa on 4–5 MW.

This thesis undertakes a thorough exploration of business models for energy communities, specifically tailored to the unique requirements of the Swedish energy sector. Its objective is to identify and evaluate global business models for energy communities, focusing on their applicability within Sweden's regulatory, market, and socio-cultural contexts. Utilizing the Business Model Canvas as an analytical framework, the study initially identifies twelve distinct business model archetypes, ranging from community-based energy generation to models grounded in circular economy principles. Subsequently, it assesses their viability within Sweden's innovative and sustainability-focused energy landscape. The research is based on a qualitative methodology, incorporating a systematic literature review and comparative analysis to understand the complex dynamics of energy communities. By examining the structure of the Swedish energy system, the study pinpoints key factors influencing the success of energy- community models in Sweden, including regulatory frameworks, technological infrastructure, economic and financial viability, community engagement, and environmental sustainability. The findings emphasize six business models that closely align with Swedish values and objectives, highlighting the significance of community involvement, sustainability, and innovation in transforming Sweden's energy sector. These models include community-based energy generation, residential energy self-consumption, shared community energy generation, electric mobility cooperatives, collective financial initiatives, and circular economy-based approaches. In conclusion, the thesis proposes an Integrated Sustainable Energy Community Model (ISECM) as a comprehensive futuristic energy community model to guide Sweden's transition towards a more decentralized, participative, and sustainable energy future. This model integrates sustainable energy production, smart urban mobility, resource recovery, and digital integration. Further recommending strategic initiatives for implementation such as developing community platforms, forging strategic partnerships, and establishing environmental and social metrics. The research contributes to both academic and practical discussions on sustainable energy transitions, offering a strategic framework for leveraging community-based models to achieve Sweden's environmental and energy goals. It calls for active engagement from government, industry, academia, and communities to unlock the potential of innovative business models in advancing Sweden's energy sustainability agenda. / Denna avhandling genomför en omfattande utforskning av affärsmodeller för energigemenskaper, särskilt anpassade till de unika kraven i den svenska energisektorn. Syftet är att identifiera och utvärdera globala affärsmodeller för energigemenskaper med fokus på deras tillämplighet inom Sveriges regelverk, marknadsdynamik och sociokulturella sammanhang. Med hjälp av Business Model Canvas som analytiskt ramverk kartlägger studien tolv distinkta affärsmodellsarketyper, från gemenskapsbaserad energiproduktion till modeller baserade på cirkulär ekonomi, och bedömer deras livskraft i Sveriges innovativa och hållbarhetsinriktade energilandskap. Forskningen är grundad i en kvalitativ metodik, inkluderande en systematisk litteraturgenomgång och jämförande analys för att förstå de mångfacetterade dynamikerna inom energigemenskaper. Genom att utforska strukturen i det svenska energisystemet identifierar studien nyckelfaktorer som påverkar framgången för modeller av energigemenskaper i Sverige, inklusive regelverk, teknologisk infrastruktur, ekonomisk och finansiell livskraft, gemenskapsengagemang och miljömässig hållbarhet. Resultaten belyser sex affärsmodeller som ligger i linje med svenska värderingar och mål, och betonar vikten av gemenskapsinvolvering, hållbarhet och innovation i omvandlingen av Sveriges energisektor. Dessa modeller inkluderar gemenskapsbaserad energiproduktion, självkonsumtion av energi i bostäder, delad gemenskapsenergiproduktion, kooperativ för elektrisk mobilitet, kollektiva finansiella initiativoch modeller baserade på cirkulär ekonomi. Som avslutning föreslår avhandlingen en Integrerad Hållbar Energi Gemenskaps Modell (ISEGM) som ett holistiskt framtida energigemenskap för att vägleda Sveriges övergång mot en mer decentraliserad, deltagande och hållbar energiframtid. Denna modell inkluderar hållbar energiproduktion, smart stadsrörlighet, återvinning av resurser och digital integration. Som vidare rekommenderar strategiska initiativ för implementering, såsom utveckling av gemenskapsplattformar, skapande av strategiska partnerskap och etablering av miljö- och sociala mätvärden. Forskningen bidrar till akademiska och praktiska diskussioner om hållbara energiövergångar, och erbjuder ett strategiskt ramverk för att utnyttja gemenskapsbaserade modeller för att uppnå Sveriges miljö- och energimål. Den uppmanar till aktivt engagemang från regeringen, industrin, akademin och gemenskaper för att förverkliga potentialen i innovativa affärsmodeller för att främja Sveriges hållbarhetsagenda inom energi.

Wind power has become a major supplier of electricity in the European market in the last years. In 2020, 13% of electricity generated on the European continent was wind energy (onshore and offshore) and these shares are projected to increase in the next years due to reasons such as climate change and the energy security aspect. While an increased share of renewable electricity in the electricity mix has a lot of benefits, it also comes with challenges. One of these challenges are the electricity market design and the offtake mechanisms that find application. If national expansion goals for wind energy are to be achieved, wind power plants need to be profitable and hence be an attractive and competitive investment. If wind farms are running within the prevalent merit order system where the energy source with the highest marginal cost sets the electricity price, there is a risk of low or even negative income at times of high wind or solar irradiation. The unforeseeable and potentially low revenues also lead to worse conditions in the financing of wind projects, resulting in high financing costs. To counteract this challenge, governments have set up policy frameworks and subsidies and owners of wind farms have adopted different offtake mechanisms such as pay-as-produced PPAs (power purchase agreements) and baseload PPAs. Additionally, many operators hedge their assets, meaning that risks are reduced by deployment of different offtake mechanisms. All of this is where this study ties in. The objective was to evaluate how the design of markets and offtakes and their respective pricing level and predictability impact the best turbine fit in North and Central Europe. To get to an answer, two key onshore markets within the region have been chosen and characterized, namely Germany and Sweden. Two different turbine types, one with a low capacity factor but high rated power and one with a lower rated power but high capacity factor, have been examined in these markets in order to evaluate which turbine type performs better. A third turbine type which is a new concept in the technology demonstrator stage has been added to the study to assess its performance as compared to the existent turbines. The evaluation has been performed in form of a Use Case Analysis and Sensitivity Study. Finally, the results have been compared and generalized into key takeaways that can be transferred into other markets in the region of North and Central Europe. The study finds that different market characteristics and offtake mechanisms do in fact impact turbine selection and the best turbine fit. Important factors that have been found in this research are the key financial metric (NPV and IRR), market constraints such as a grid constraint, and offtake mechanisms and the predictability of revenues that comes with the offtake. The main impacts on wind turbine selection that can be tied to offtake mechanisms are the payment received per unit of electricity and the level of security that comes with the offtake mechanism. Constant incomes improve financing conditions, meaning that resources from crediting institutes are granted at better conditions if the income can be anticipated. For both markets, the optimal turbine fit varies depending on the boundary conditions. High capacity factor turbines have been found to be a better fit if the developing company considers the IRR as focal financial metric. If the NPV is the focal metric, the results are less clear: While low capacity turbines are a better fit for sites with low revenues from electricity pricing and lower wind conditions, turbines with high rated power benefit from high and secured electricity pricing and high wind speeds where rated power is reached. The German EEG as a special case promotes installation of high capacity turbines due to high and constant revenues per MWh. While the overall Value Pool (payment per MWh of electricity) is higher for Germany, business cases in Sweden benefit from higher turbine lifetimes. / Vindkraft har under de senaste åren blivit en viktig leverantör av el på den europeiska marknaden. År 2020 var 13 % av elproduktionen på den europeiska kontinenten vindkraft (på land och till havs) och dessa andelar förväntas öka under de kommande åren på grund av orsaker som klimatförändringar och energisäkerhet. Även om en ökad andel förnybar el i elmixen har många fördelar, kommer den också med utmaningar. En av dessa utmaningar är elmarknadens utformning och de uttagsmekanismer som tillämpas. Om de nationella utbyggnadsmålen för vindkraft ska kunna uppnås måste vindkraftverken vara lönsamma och därmed utgöra en attraktiv och konkurrenskraftig investering. Om vindkraftsparkerna drivs inom det rådande merit order-systemet, där den energikälla som har högst marginalkostnad sätter elpriset, finns det risk för låga eller till och med negativa intäkter vid tillfällen med mycket vind eller solinstrålning. De oförutsägbara och potentiellt låga intäkterna leder också till sämre villkor för finansiering av vindkraftsprojekt, vilket resulterar i höga finansieringskostnader. För att motverka denna utmaning har flera regeringar inrättat politiska ramverk och subventioner och ägare av vindkraftsparker har infört olika uppköpsmekanismer såsom PPA (Power Purchase Agreement) med betalning efter produktion och PPA för basbelastning. Dessutom säkrar många operatörer sina tillgångar, vilket innebär att riskerna minskas genom användning av olika upptagningsmekanismer. Målet var att utvärdera hur utformningen av marknader och upptag samt deras respektive prisnivå och förutsägbarhet påverkar den bästa turbinanpassningen i Nord- och Centraleuropa. För att komma fram till ett svar har representativa marknader inom regionen valts ut och karakteriserats, nämligen Tyskland och Sverige. Två olika turbintyper, en med låg kapacitetsfaktor men hög nominell effekt och en med lägre nominell effekt men hög kapacitetsfaktor, har undersökts på dessa marknader för att utvärdera vilken turbintyp som presterar bättre. En tredje turbintyp som är ett nytt koncept i teknikdemonstratorstadiet har lagts till i studien för att bedöma dess prestanda jämfört med de befintliga turbinerna. Utvärderingen har utförts i form av en användningsfallsanalys och en känslighetsstudie. Slutligen har resultaten jämförts och generaliserats till viktiga slutsatser som kan överföras till andra marknader i regionen Nord- och Centraleuropa. Studien visar att olika marknadsegenskaper och uppköpsmekanismer påverkar valet av turbin och vilken turbin som passar bäst. Viktiga faktorer som har hittats i denna forskning är det viktigaste finansiella måttet (NPV och IRR), marknadsbegränsningar som spetshöjd eller nätbegränsningar, och uppköpsmekanismer och förutsägbarheten av intäkter som kommer med uppköpet. De viktigaste faktorerna som påverkar valet av vindkraftverk och som kan kopplas till avsättningsmekanismer är den betalning som erhålls per enhet el och den säkerhetsnivå som följer med avsättningsmekanismen. Konstanta inkomster förbättrar finansieringsvillkoren, vilket innebär att resurser från kreditinstitut beviljas på bättre villkor om inkomsterna kan förutses. För båda marknaderna varierar den optimala turbinpassningen beroende på gränsvillkoren. Turbiner med hög kapacitet har visat sig passa bättre om utvecklingsföretaget betraktar internräntan som ekonomiska nyckeltal. Om NPV är det centrala måttet är resultaten mindre tydliga: Medan turbiner med låg kapacitet passar bättre för platser med låga intäkter från elpriser och lägre vindförhållanden, gynnas turbiner med hög nominell effekt av höga och säkra elpriser och höga vindhastigheter där nominell effekt uppnås. Det tyska EEG är ett specialfall som främjar installation av turbiner med hög kapacitet på grund av höga och konstanta intäkter per MWh. Medan den totala värdepoolen (betalning per MWh el) är högre för Tyskland, gynnas affärsfall i Sverige av högre livslängd för turbinerna.

France is planning a strong development of solar photovoltaics (PV) and wind power in the medium term disrupting the power system. This Master Thesis analyzes the impacts of variable renewable energy production on the supply-demand balance from 2021 to 2025 in France. The model used relies on a dynamic programming method. The analysis is based on the assessment of indicators such as price signals, margins, loss of load duration (LOLD), expected energy not served (EENS) and nuclear drop stop that characterize the supply-demand balance and the security of supply of the electricity system. Wind power and PV are two very different technologies. Their load factor is very sizeable as it characterize their seasonality, variability and predictability and has an impact on all medium-term indicators. Wind power and PV have low marginal costs and their production is seasonal and in anti-phase. With new installed capacity, their added production in the supply-demand balance will substitute first the imports from the interconnections until saturation and then nuclear and thermal power plant production. Prices decrease with the same seasonality as the production and need to be considered when establishing the nuclear planning for the years to come. In addition a re-optimization of hydro power is observed. In terms of security of supply, wind power is more efficient than PV when assessing the reduction of LOLD but both are far from the performance of combined cycle gas turbines (CCGT). Lastly, the lack of nuclear production opportunities increases considerably more with PV due to a very localised production during the day which coincides in summer with periods of low consumption. Wind power and PV are two distinct technologies and should not be put in the same category when assessing their impact on the power system. / Frankrike planerar en stark utveckling av solceller (PV) och vindkraft på medellång sikt för att störa kraftsystemet. Detta examensarbete analyserar effekterna av varierande produktion av förnybar energi på balans mellan utbud och efterfrågan från 2021 till 2025 i Frankrike. Modellen som används bygger på en dynamisk programmeringsmetod. Analysen baseras på bedömningen av indikatorer som prissignaler, marginaler, förlust av lasttid (LOLD), förväntad energi som inte serveras (EENS) och kärnkraftsfallstopp som kännetecknar efterfrågan och utbudssäkerheten för el systemet. Vindkraft och solceller är två mycket olika tekniker. Deras belastningsfaktor är mycket stor eftersom den kännetecknar deras säsongsvariation, variation och förutsägbarhet och påverkar alla medellångsiktiga indikatorer. Vindkraft och solceller har låga marginalkostnader och deras produktion är säsongsbetonad och i fas. Med ny installerad kapacitet kommer deras extra produktion i utbuds- och efterfrågan att ersätta importen från sammankopplingarna till mättnad och sedan produktion av kärnkraft och värmekraftverk. Priserna sjunker med samma säsong som produktionen och måste beaktas när kärnkraftsplaneringen fastställs för de kommande åren. Dessutom observeras en återoptimering av vattenkraften. När det gäller försörjningstrygghet är vindkraft effektivare än solceller vid bedömning av minskningen av LOLD men båda är långt ifrån prestanda för kombinerade cykelturbiner (CCGT). Slutligen ökar avsaknaden av kärnkraftsproduktionsmöjligheter betydligt mer med solceller på grund av en mycket lokal produktion under dagen som sammanfaller på sommaren med perioder med låg konsumtion. Vindkraft och solceller är två olika tekniker och bör inte placeras i samma kategori när man bedömer deras inverkan på kraftsystemet.

Rapidly growing Inverter- Based Resources (IBR) have different fault properties compared to Synchronous Generators (SG). Therefore, it is necessary to study the fault behavior of systems that contain different types of IBR and compare it to the conventional system responses in order to understand what steps should be taken to adapt conventional protection settings for new types of sources. For a two bus model, it is found out that sequence profiles in a system with one IBR are different from those observed in conventional system. Thermal and electrical limitations of the power electronics reduce the fault current from the IBR significantly, driving negative sequence current to small values compared to conventional sources. This is true for all studied types of IBR. Moreover, if IBR is connected to the grid through one line only, during Three Phase Fault (3hp) it is possible to lose synchronism with grid due to erroneous estimation of the grid angle through the Phase-Locked Loop (PLL). Verification of the obtained results is made through comparison to the Fault Recordings taken from the protection relays placed at substations. It is shown that for some faults simulation results can predict the behavior of symmetrical components in the network whereas for others they do not. To explain the latter behavior modifications to the sequence networks are proposed. / Snabbt växande inverterbaserade resurser (IBR) har olika felinmatningsegenskaper jämfört med synkrongeneratorer (SG). Därför är det nödvändigt att studera felbeteende hos system som innehåller olika typer av IBR och jämför det med konventionella källor för att kunna förstå vilka steg som ska göras för att anpassa konventionella skyddsinställningar för nya typer av källor. Under litteraturöversikten introduktion till det fast jordade systemet och dess speciella fall med isolerad transformatorjordning är klar. Kort introduktion till den studerade IBR och typer av simulerade fel görs också. För en tvåbussmodell har det visat sig att sekvensprofiler i ett system med en IBR skiljer sig från de som observerats i konventionella system. Termisk och elektrisk begränsningar i kraftelektroniska komponenter minskar felströmmen från IBR avsevärt och driver negativ sekvensström till små värden jämfört med konventionella källor. Detta gäller för alla studerade typer av IBR. Dessutom, om IBR är ansluten till nätet endast genom en linje, är det möjligt under trefasfel (3hp) att tappa synkronisering med nätet på grund av felaktig uppskattning av fasvinkeln genom styrsystemets faslåst slinga (PLL). Verifiering av de erhållna resultaten görs genom jämförelse med Fel Inspelningar från reläet placerade på transformatorstationer. Det visas att för vissa fel simuleringsresultat kan förutsäga symmetriska komponenters beteende i nätverket medan andra inte gör det. För att förklara de senare beteendena föreslås modifieringar i sekvensnätverket.