This thesis investigates if the profitability of a wind farm can be increased by reducing itscontracted grid capacity. Two years of SCADA data is cleaned from non- and partialperformance which is used to estimate a wake reduced annual power time series. Stochasticmodels of production losses are applied to translate the wake reduced annual power timeseries. Ice losses are modelled with a 3-state Markov chain. The statistical properties arecalculated by identifying ice events in the SCADA. With the IEA task19 IceLoss algorithm areice events identified in the SCADA signal. An ice loss factor of 86 % is estimated for Juktanduring 2019. The results indicate that profitability can be increased by reducing the (contracted)grid capacity. Furthermore, the optimized grid capacity is shown to have low sensitivity to powerprice and ice losses. This finding is valuable since the power price market and weather areinherently difficult to predict. It follows that the prediction uncertainties of these inputs are lesssignificant when calculating the optimized grid capacity.

The purpose of the thesis is to contribute to grid planning and public debate about how the electric power system can cope with electrification and decarbonisation. The thesis is based on the assumption that Sweden, in accordance with the climate goals, will achieve climate neutrality by 2045. Based on a literature review, an analysis is made of how different scenarios predict the future national electricity demand up until 2045 and identifies the underlying drivers for changes in electricity demand. A more detailed analysis based on results from a literature review and interviews with industry representatives is made for four chosen regions, Norrbotten, Västra Götaland, Stockholm and Skåne. For each region, estimates are made of how high the electrification potential is in the industrial, transport, residential and service sectors. The prerequisites for the electricity grid to handle the identified electrification potential, in terms of grid capacity, have been analysed in order to highlight what challenges there are for large-scale electrification to be a key factor in achieving the climate goals. The general belief in the studied scenarios is that the national electricity demand will increase until 2045. The investigated scenarios predict increases resulting in an annual national electricity demand of up to 207 TWh in 2045, corresponding to an increase of almost 60 %. The most significant increases are due to decarbonisation in the industry and transport sector. The regional analysis shows significant electrification potentials in the investigated regions. A few industries stand out with dramatic increases, Borealis AB in Västra Götaland shows an electrification potential of 8 TWh and 1 000 MW and SSAB in Norrbotten shows an electrification potential of 9 TWh and 900 MW. Significant electrification potentials in the transport, residential and service sectors have been identified in metropolitan areas, i.e. in the region of Stockholm, Västra Götaland and Skåne. The grid analysis shows that it will be challenging to increase grid capacity at sufficient speed. It is concluded that there is currently insufficient grid capacity to meet large-scale electrification, and that the grids need to be reinforced. However, the concession process for grid reinforcements is considered too slow to meet the demands that arise, primarily in the industry sector. Three ways to address this challenge have been identified: -          If the permission process for electricity grid expansion does not change and the industry is to choose the electrification route, this needs to be decided before 2030 in order for reinforcements in the electricity grid to be ensured before 2045. -          Speed up the permit process to allow shorter lead times for power grid expansions. -          The industry choose another route for decarbonisation than electrification. The overall conclusion is that new approaches for expanding the electricity grid will be required if large-scale electrification is to be a key factor in achieving the climate goals in 2045.

Klimatförändringar är en av vår tids största utmaningar och andelen växthusgaser ut i atmosfären måste minskas kraftigt. Sverige har som mål om en fossilfri bilflotta år 2030, vilken ska upprättas med hjälp av alternativa fordon och drivmedel. I och med detta har elektriskt drivna fordon kommit att bli attraktiva vilket föranleder nya utmaningar för elnätsägare. Denna studie har till syfte att verka som ett underlag för kommande investeringar i ett lokalt elnät. Målet är att med simuleringar av scenarier gällande laddningseffekt och andelen förekommande elbilsladdning, succesivt belasta elnätet för att på så vis utreda nätkapaciteten. Nätstationers transformatorer samt kablage skall även åldersbestämmas. Metoden är byggd utifrån litteraturstudier och simuleringar har gjorts i dpPower. Resultaten visar att nätet är gammalt men klarar ändock nästintill 100 % penetration elbilar med laddningseffekten 3,7 kW. Vid högre laddningseffekter börjar nätet ge vika vid ca 25-50% elbilspenetration. Nätstationernas transformatorer är komponenterna som belastas hårdast och spänningsfall är den mest förekommande kvalitetsbristen. Då matarkabelarean ökades mellan nätstation och kabelskåp, medförde detta avsevärda förbättringar gällande spänningsfall. Högspänningsnätet visade sig vara mycket starkt. Slutsatsen är att transformatorers märkeffekt samt spänningsfall blir begränsande faktorer för framtiden. Transformatorer och matarkablar kan behöva förstärkas alternativt att ytterligare nätstationer tillsätts nätet. Detta skulle med omkonstruktion av nätet fördela lasten, minska avstånd till kund och då stävja spänningsfallen. Högspänningsnätet bör i framtiden utnyttjas mer och på så vis avlasta lågspänningsnätet. / Climate change is one of today's biggest challenges, and the amount of greenhouse gases into the atmosphere has to be greatly reduced. Sweden aims at a fossil-free car fleet by 2030, using alternative vehicles and fuels. Therefore electrically driven vehicles have become attractive, causing new challenges for power grid owners. This study aims to serve as a basis for future investments in a local electricity grid. By simulating scenarios regarding electrical vehicle charging power in relation to the number of vehicles involved, the electricity grid will be loaded to investigate its capacity. Transformers and cables in the grid will be determined by age. The method is based on literature studies and simulations have been made in dpPower. The results show that the grid is old, but yet capable of a nearly 100 % of electric cars charged with 3.7 kW, with higher charging powers the grid starts to yield at about 25-50 % of electric car penetration. The substations are the components that are subjected the most, problems with voltage drops is the most common quality shortage. The cross section of the feeding cable between substations and the nearest cable distribution cabinet was increased which resulted in significant improvements in voltage drop. The high voltage network is considered as very strong and can handle all scenarios. The conclusion is that transformer power rating and voltage drops will become limiting factors in the future. Transformers and power cables may need to be reinforced alternatively additional substations to the grid put in place. Additional substations with the redesign of the grid may distribute the load, reduce the distance to customers and with that reduce the voltage drop. The high-voltage grid should be utilized more in the future, thus unburdening the low voltage grid.

Simultaneously as the societal trends of urbanization, digitalization and electrification of society are moving at a high speed, the Swedish power grid is undergoing a necessary transition to a renewable energy system. Even though there are difficulties on all grid levels, the lack of capacity in some local grids is among the most present problems and originates from the long lead time of grid expansion as well as the challenges within long-term planning of grids. This thesis aims to improve the understanding of future trends’ impact on grid capacity needs. More specifically, a scenario-based and data driven method, with an accompanying model, is derived to target local capacity challenges. The trends identified to pose impact on the future grid capacity were electrification of different sectors, energy efficiency actions, decentralized energy generation, energy storage solutions, flexibility, smart grids, urbanization and climate. The thesis concludes that the impact of a trend on national level is not simply equal to the impact on a local level. Similarly, a long-term increase of the national electricity consumption does not necessarily worsen local capacity challenges. Furthermore, the developed model in this project shows potential to provide more detailed and accurate information about consumption than currently used methods based on standardized power estimations, which could favor more transparent decision making when dimensioning local grids.

Global warming is one of our time’s most pressing issues and the energy industry is the leading cause. In the current Swedish electricity systems, individual consumers hold little to no power as the system is inherently centralized, with large incumbent actors. The Swedish electricity grid is prognosticated to encounter a troublesome situation with grid capacity as society enjoys and evergrowing electrification. The climate issueshave however given renewable energy a more predominant role in the Swedish energy sector. Through the directives of the European Union’s Clean Energy Package, each member state now has to enact laws enabling for individuals to cooperatively engage in selfproduction of energy as a joint entity, which in turn enables for new niche technologies to become market actors. Energy communities is such an entity with a promising outlook to become both a considerable market actor, and an actor that can help alleviate grid tensions. The purpose of this study is to: 1) investigate how the internal business model for energy communities could be constructed in order to maximize societal outreach and promote the creation of new energy communities, and 2) to investigate how the business models could be constructed in order to coexist with the incumbent structures, while contributing to the developments in the sociotechnical regime. The study utilizes an abductive approach through the form of a single case study and qualitative data collection methods. The results are presented and analyzed using the business model canvas framework and its potential is analyzed through the MultiLevel Perspective. The prospects of energy communities in Sweden using photovoltaic (PV) production units are overall positive. The value propositions that lie at the core of the proposed business model are constituted of environmental benefits, autarky, social values and economic costs savings. The most prosperous developmental path for energy communities in order to in the future be recognized in the sociotechnical regime is through a relationship characterized by cooperation with the incumbent structures. / Global uppvärming är en av vår tids största problem, och energiindustrin är den största bidgrande faktorn. I det nuvarande energisystemet har individen lite kontroll, eftersom systemet är till hög grad centraliserat med stora aktörer. Effektbrist och kapacitetsbrist är växande problem i det svenska elnätet, vilket späds på av ökad elektrifiering. Klimatförändringarna har dock givits en större roll i den svenska energisektorn. Genom ett direktiv på EU nivå, Ren Energi paketet, kan nu varje medlemsstat etablera lagar för hur individer kan engagera sig och samarbeta i elproduktion för att själva bli marknadsaktörer. Ett samlingsnamn för sådana aktörer är energigemenskaper. Energigemenskaper kan bidra till att motverka både klimatkrisen men också problemen i elnäten. Syftet med denna studie är att: 1) undersöka hur affärsmodellen för energigemenskaper kan utformas så att man maximerar samhällsspridning och promoterar skapandet av nya energisamhällen, och 2) undersöka hur affärsmodellen can konstrueras så att de kan samexistera med nuvarande aktörer i energisystemet och dessutom utveckla det vidare. Denna studie har ett abduktivt tillvägagångssätt, genom en fallstudie med kvalitativ datainsamling. Resultaten presenteras och analyseras med business model canvas och dess potential undersöks med hjälp av MultiLevel Perspective ramverket. Utsikterna för energigemenskaperna, med fokus på solcellsproduktion, är överlag goda. Energigemenskapens affärsmodells främsta värderbjudanden var klimatmedvetenhet, autarki, sociala attribut och kostnadsbesparingar. Den mest lovande utvecklingsbanan för energigemenskaper inkluderar karaktäriseras av inkludering och samarbeta med de stora och nuvarande aktörerna i energisystemet.

The aim of the study is to analyze the possibility of how and where wind farms should be integrated on the electrical grid. The challenges mainly concern grid capacity and transmission losses. Economic factors will be regarded as well. To fulfill the aim, the Skellefteälven river in Sweden is selected as study object. A regional grid along the river is thereupon simulated with regards to five existing hydro power plants, four electrical consumption points, and the national grid. Additionally, four wind farms are placed on probable sites around the grid. Considering the large amount of data to be calculated in this study, a grid model assembled through numerical analysis in MATLAB is henceforth deemed optimal. Through load flow simulation, the voltage variations and power losses are calculated. Hence, the costs of the losses is found. The investment costs for upgrading the grid are also determined. As the results show, an upgrade of the electrical grid certainly requires a relatively large investment sum. Nevertheless, the return of the project will eventually surpass the initial costs. Accordingly, there are economic benefits of investing in upgrading the grid capacity. / Syftet med studien är att analysera möjligheten till hur och var vindkraftsparker borde integreras i elnätet. Utmaningarna rör främst nätkapacitet och ledningsförluster. Ekonomiska faktorer kommer även att undersökas. För att uppnå syftet bedrivs en fallstudie, där Skellefteälven väljs som studieområde. Ett regionalnät är utformat längs älven med hänsyn till fem existerande vattenkraftverk, fyra valda konsumtionsnoder och stamnätet. Utöver dessa placeras även fyra vindkraftsparker ut på lämpliga ställen. Med tanke på hur mycket data som behandlas vid beräkningarna simuleras därför nätet med hjälp av numerisk analys i MATLAB. Genom att köra effektflödesberäkningar räknas spänningsvariationer och effektförluster fram. Därifrån kan kostnader för ledningsförluster tas fram. Vidare framtas även investeringskostnader för uppgradering av nätet. Resultaten visar att en uppgradering kräver en relativt stor investeringssumma. Däremot kommer inkomsten efter en genomförd uppgradering tillslut att överstiga initialkostnaden. Därav finns det ekonomiska fördelar med att investera i en ökad nätkapacitet.

I dagsläget har världen en stadigt växande befolkning och där igenom en stadigt växande energiförbrukning. Med en växande energiförbrukning har det under de senaste åren uppenbarats diskussioner rörande samhällets hållbarhet och miljöpåverkan.  Samtidigt sker det en kontinuerlig teknikutveckling och människan är mer beroende av konstant elförsörjning än någonsin tidigare. Teknologiska framsteg, tillsammans med önskan att sträva mot ett mer hållbart samhälle med hög elleveranssäkerhet, har mynnat ett begrepp kallat smarta elnät. Till följd av att elnätet involverar en stor bransch råder det delad mening över vad som utgör ett smart elnät. Detta har lett till uppkomsten av olika definitioner och modeller av konceptet. I syfte att skapa en övergripande uppfattning har en litteraturstudie utförts för att sammanställa de huvudsakliga områden som utgör det smarta elnätet. För att skapa denna överblick har ett förslag på en övergripande definition framtagits enligt följande: Ett smart elnät är nästa steg i elnätets fortgående utveckling som sker till följd av samhällets ökande förlitlighet på konstant elförsörjning och önskan att begränsa människans miljöpåverkan. Målet är att med hjälp av kostnadseffektiva tekniska lösningar, effektiv teknik och ekonomiska drivkrafter främja införandet av ytterligare förnyelsebar elproduktion, en ökad elanvändning och ett effektivare utnyttjande av elnätet – ett elnät med låga förluster, hög elkvalitet och leveranssäkerhet med elkunder som är mer medvetna och delaktiga i sin elförbrukning än förr. Utifrån denna definition kan man summera smarta elnät till att omfatta två huvudsakliga intressen för samhället – hållbarhet och en ökad leveranssäkerhet. I framtiden förväntas därför elnätet hantera vidare utbredning av förnyelsebar elproduktion och en ökad elanvändning. För att möta denna förväntan har det dels konstaterats att nätkapaciteten behöver öka. Det har visats att en ökad nätkapacitet kan nås genom både tekniska lösningar som energilagring och effektivare komponenter men också icke-tekniska lösningar som politiska drivkrafter och incitament för elkunder att sänka sin maxförbrukning och elförbrukning i överlag i form av efterfrågeflexibilitet. I dagsläget finns inga uppenbara incitament för detta och det anses att reformer på vissa delar av elmarknaden kommer att krävas för att främja utvecklingen mot ett hållbart smart elnät. Samtidigt förväntas elnätet förse kunder med högre elkvalitet och leveranssäkerhet. Dagens elnät utgörs av många långlivade och, i många fall, gamla komponenter och investeringar kommer att behöva göras i moderna skyddssystem och kommunikationsnätverk i sinom tid ifall man vill uppnå nya förväntningar. Därtill förväntas det smarta elnätet omfatta olika typer av kommunikationsnätverk inom skyddssystem, övervakning och mätning. Därför har också information rörande relevanta kommunikationsprotokoll, -medier och -nätverk summerats där olika egenskaper lämpar sig för olika tillämpningar. / Currently the world has a steadily growing population and therefore steadily growing need of energy. With a growing need of energy, discussions regarding society’s sustainability and environmental impact have risen. At the same time modern technology has resulted in society being more dependent on a constant power supply than ever before. Technological advances, together with the desire to become a more sustainable society with high availability of power, have yielded a concept known as the smart grid. Due to the power grid being a huge industry there’s a divided perception regarding what a smart grid constitutes. This has resulted in the appearance of different definitions and models of the concept. Therefore a literary study was done with the purpose of creating an overall perception of the main aspects of the smart grid. To create this overview a proposed definition has been developed that describes the smart grid as mainly sustainable and available. The smart grid is the next step of the power grid’s ongoing development in response to society’s increasing reliability of a constant power supply and the wish for decreasing man’s environmental impact. With cost efficient technical solutions, efficient technology and economic forces the goal is to promote introduction of additional renewable electricity production, increased electricity utilization and a more efficient use of the power grid – a power grid with low losses, high power quality and availability with end-users that are more aware and involved in their power consumption than before. Based on this definition the smart grid can be summarized as two main interests for society – sustainability and a higher reliability. In the future the power grid is expected to cope with an increased introduction of renewable electricity production and an increased use of electrical applications. It has been concluded that the grid capacity has to increase in order to meet these expectations. It’s been shown that an increase in grid capacity can be achieved through technical solutions as energy storage and more efficient electrical components but also through non-technical solutions as political forces and incentives for end-users to lower their peak consumption and overall electricity consumption through demand response. At present there are no clear incentives for this and it’s considered that there is a need for reform of certain parts of the electricity market to promote the development towards a sustainable smart grid. The power grid is also expected to supply end-users with a higher power quality and reliability. The power grid of today consists of long lived and, in many cases, old components and investments in modern protection systems and communication networks are required in due time to meet new expectations. In addition, the smart grid is expected to include different types of communication network within protection systems, monitoring and metering. Information was therefore summarized regarding relevant communication protocols, media and networks where different properties are suitable for different applications.