Carbon Dioxide (CO2) emissions from streams are a significant component of the global carbon cycle.Terrestrial export of CO2 through runoff is increasingly recognized as a major source of CO2 in boreal headwater streams. However, the spatial and temporal distribution of soil water CO2 within theterrestrial landscape remains poorly quantified, contributing to large uncertainties about the origin of CO2 in headwater streams. The riparian zone (i.e. the area with fine sediments and organic rich soils closest to the stream) is accepted as a main contributor of organic carbon to streams, but its importanceas a source of CO2 is less evident. Here I evaluate the riparian zone as a main source by quantifying the contribution of lateral CO2 export from the riparian and hillslope zones to a headwater stream in a Swedish boreal catchment. Hourly measurements of CO2 concentration, conductivity, soil temperature and water table levels were taken in the riparian zone and the hillslope from June 2014 to October 2015. The riparian zone accounted for 58-89 % (August 2014 and March respectively) of the total terrestrial CO2 export from the slope to the stream. The hillslope, in turn, became a progressively larger source of CO2 to the stream during high flow events. To identify the drivers behind these zone-dependent and seasonal patterns in CO2 export, the CO2 production dissolved in the groundwater (groundwater- absorbed carbon) was estimated by taking the temporarily stored CO2  into account. The highest groundwater-absorbed carbon was observed during April and May (5.0 and 7.1 g C-CO2 m-2 month-1 respectively) which is the period with the highest discharge due to snow melt and the initiation of spring production. As such, conventional methods (gas chambers and the gradient method) may underestimate the soil respiration up to 50% during periods of high flow, as they exclude groundwater-absorbed carbon. CO2 consumption was observed in September 2014 and October 2015 (-0.2 and -0.7 g C-CO2 m-2 month-1 respectively) and may be explained by a major amount of the soil respiration being emitted instead of diluted in the groundwater during periods of low groundwater levels. It can be concludedthat, regardless of season, the riparian zone is a major source of CO2 to the headwater stream. / En signifikant mängd koldioxid (CO2) är lagrad i skog och marken. Marken i barrskogsregionernaförvarar en signifikant mängd CO2 där det partiella trycket av CO2 varierar mellan ~10 000 – 50 000 ppm i jämförelse med atmosfären (400 ppm). Mättnaden av CO2 gör att mycket avdunstar tillbaka till atmosfären. Dock absorberas en del CO2 av grundvattnet; vilket resulterar i en naturlig transport av CO2 vidare till ytvattnen där det kapillära nätverket av bäckar är största recipienten. Det är fortfarande oklart hur transporten av CO2 är distribuerad i ett vattenavrinningsområde vilket medför brister i förståelsen av en viktig processväg som kan komma att spela en större roll i framtidens kolkretslopp på grund av den globala uppvärmningen. Därför är en kvantifiering av olika områdens bidrag av CO2 till bäckarna nödvändig. Två betydande zoner i ett vattenavrinningsområde som troligen bidrar olika är: the riparian zone som är närmast bäcken och består av fina sediment med hög organisk halt och, the hillslope som är resterande område och består av grovkorniga jordar med låg organisk halt. Den förstnämnda misstänks transportera mer CO2 via grundvattnet på grund av dess närhet till bäcken, höga halter av CO2 och höga vattenmättnad men detta är ännu inte verifierat. Jag evaluerar the riparian zone som en viktig källa till CO2 i ett vattenavrinningsområde genom att kvantifiera transporten av CO2 från de två zonerna. För att förklara varför transporten varierar presenterar jag en ny modell (GVR) som beräknar den månatliga fluktuationen av den del av CO2-produktionen som absorberas i grundvattnet i the riparian zone. Mätningar av data utfördes i Västrabäcken, ett mindre vattenavrinningsområde i ett större vid namn Krycklan, i norra Sverige. En transekt av tre mätstationer (i bäcken, the riparian zone och the hillslope) installerades i den förmodade grundvattenströmningsriktningen. Resultaten visar på en hög produktion av CO2 under vårfloden (maj) då en hög grundvattenyta troligen absorberar en signifikant mängd CO2. Detta kan betyda att jordrespiration under våren underskattas då dagens mätmetoder är begränsade till mätningar i jorden av CO2 ovan grundvattenytan. Fortsatta studier rekommenderas där GVR-modellen och andra mätmetoder utförs samtidigt för att vidare utröna den kvantitativa underskattningen under perioder med hög grundvattenyta (speciellt under våren). Bidraget från the riparian zone till den totala laterala transporten av CO2 till bäcken under ett år varierar mellan 58-89 % och det månatliga transportmönstret kunde förklaras med resultaten från GVR-modellen. Resultaten verifierar att oberoende av säsong så är the riparian zone den huvudsakliga laterala koltransporten från landvegetationen; medan the hillslope procentuellt bidrar med mer CO2 under höga grundvattenflöden.

Det ständigt växande behovet av att minska CO2-utsläpp har lett till en ökad tonvikt på teknik för avskiljning av koldioxid från rökgas. MEA (monoetanolamin) anses vara riktmärket för lösningsmedel för att fånga in koldioxid på grund av dess höga absorptionshastighet. MEA är dock benäget att brytas ner, bilda giftiga biprodukter och dess regenerering har ett högt energibehov. Ett annat lösningsmedel med liknande teknisk mognad är vattenlösning med kaliumkarbonat (K2CO3) som används i den så kallade hot-potash carbonate (HPC)-processen. Emellertid är absorptionshastigheten i K2CO3-lösningen låg i jämförelse med MEA, vilket kräver tillsats av hastighetspromotorer för att öka absorptionshastigheten. Denna avhandling undersöker effekten av olika hastighetspromotorer på absorptionshastigheten av kaliumkarbonat. För detta utfördes absorptionsexperiment i laboratorieskala i en autoklavreaktor av rostfritt stål under kontrollerade förhållanden. Olika promotorer har undersökts, nämligen de organiska promotorerna glycin, piperazin och MEA, och de oorganiska promotorerna borsyra och vanadinpentoxid. Promotorkoncentrationen varierades mellan 3 vikt% till 7 vikt% samtidigt som koncentrationen av K2CO3 hölls konstant vid 25 vikt%. Driftförhållandena såsom det initiala partialtrycket av CO2 och temperaturen var respektiva 5 bar och 50 °C. De oorganiska promotorerna studerades enskilt såväl som i blandningar med K2CO3 för att studera effekten av varje promotor. De organiska promotorerna visade en signifikant förbättring av absorptionshastigheten jämfört med icke promoterad K2CO3. När det gäller de oorganiska promotorerna visade vanadinpentoxid jämförbara resultat med organiska promotorer med endast 3 vikt%. Ökad tillsatts av borsyra minskade absorptionshastigheten av lösningen promoterad av vanadin. Den experimentellt uppmätta absorptionshastigheten är anpassad till en enkel absorptionsmodell från vilken en skenbar absorptionshastighet för de främjade lösningsmedlen härleddes / The ever-growing need to reduce CO2 emissions has led to an increased emphasis on carbon capture technologies. MEA (monoethanolamine) is considered the benchmark solvent for CO2 capture due to its high rate of absorption. However, MEA is prone to degradation, forms toxic side products and its regeneration has a high energy demand. Another solvent with similar technological maturity is aqueous potassium carbonate (K2CO3) that is used in the so-called hot-potash carbonate (HPC) process. However, the rate of absorption in aqueous K2CO3 is low in comparison to MEA calling for the addition of rate promoters to enhance the absorption rate.  This thesis investigates the effect of different rate promoters on the absorption rate of potassium carbonate. For this, absorption experiments on the laboratory scale were conducted in a stainless-steel autoclave reactor under controlled conditions. Various promoters have been explored, namely the organic promoters glycine, piperazine, and MEA, and the inorganic promoters boric acid and vanadium pentoxide. The promoter concentration was varied between 3 wt% to 7 wt% while keeping the concentration of K2CO3 constant at 25 wt%. The operating conditions, such as the initial partial pressure of CO2 and the temperature were 5 bar and 50°C, respectively. The inorganic promoters were studied alone as well as in blends with K2CO3 to understand the effect of each promoter. The organic promoters demonstrated a significant enhancement of the absorption rate compared to unpromoted K2CO3. Regarding the inorganic promoters, vanadium pentoxide showed comparable results to organic promoters with only 3 wt%. When looking at the results of vanadium and boric acid, increasing concentration of boric acid resulted in a decrease in the absorption rate. The experimentally measured absorption rate are fitted to a simple absorption model from which an apparent absorption rate for the promoted solvents was derived.

Hydropower in Sweden is a powerful and efficient source of energy due to its flexibility, usually used to balance the Swedish power system. With the transition of power system into more intermittent power sources, the role of hydro-power as producers will become more important. Thus the optimal scheduling of hydropower units, with other assets, holds an important place in electric power systems, which is significantly investigated as a research issue. This thesis presents an optimization model that aims at maximizing the income of that producer. The model is implemented on a virtual power plant trading in both day-ahead and mFRR balancing markets in the SE2 bidding zone in Sweden. The virtual power plant comprises hydo-power plants located on the Swedish river Skellefteälven, a wind power unit, and a storage unit. This system participates in electricity market as a single entity in order to optimize the use of energy resources. As feature, uncertainty in electricity market price, wind power production and in active-time duration in the mFRR energy market are modeled in order to formulate a so-called stochastic adaptive robust optimization model. The latter is solved using a column-and-constraint generation algorithm, solved by GAMS and Matlab. A bid curve analysis is performed showing the optimal strategy in case of low/high price scenario and the level of conservativeness. After that, a revenue assessment is carried out which in turn leads to an investigation of the interaction between the three assets and the impact of the storage facility in the revenue. Results demonstrate the advantage of the battery in increasing profit in some cases and its flexibility in the use of storing energy and selling it to the markets at suitable times, e.g., it saves energy from the wind in hours of comparatively low prices, while it sells it in hours of comparatively high prices. Finally, an assessment on variation of imbalance costs is held with and without battery, comparing how such virtual power plants reduce the imbalance costs. / Vattenkraften i Sverige är en kraftfull och effektiv energikälla tack vare sin flexibilitet, används vanligtvis för att balansera det svenska kraftsystemet. I och med att kraftsystemet övergår till mer intermittenta energikällor kommer vattenkraftens roll som producent att bli viktigare. Den optimala schemaläggningen av vattenkraftsenheter har därför tillsammans med andra tillgångar en viktig plats i elkraftsystemen, vilket är en viktig forskningsfråga. I denna avhandling presenteras en optimeringsmodell som syftar till att maximera inkomsten för den producenten. Modellen implementeras på ett virtuellt kraftverk som handlar på både day-ahead- och mFRR-balanseringsmarknader i budzonen SE2 i Sverige. Det virtuella kraftverket består av vattenkraftverk belägna vid den svenska Skellefteälven, en vindkraftsenhet och en lagringsenhet. Systemet deltar på elmarknaden som en enda enhet för att optimera användningen av energiresurser. Som en funktion kan osäkerheten i elmarknadspriset, vindkraftsproduktionen och den aktiva tiden i kraftverket användas. mFRR-marknaden modelleras för att formulera en så kallad stokastisk adaptiv robust optimeringsmodell. Den sistnämnda löses med hjälp av en kolumn-och-bindningsgenerering algoritm, som löses med GAMS och Matlab. En analys av budkurvan utförs och visar att optimala strategin vid scenarier med lågt/hög pris och nivån av försiktighet. Efter därefter görs en intäktsbedömning som i sin tur leder till en undersökning av interaktionen mellan de tre tillgångarna och lagringsanläggningens inverkan på intäkterna.Resultaten visar att batteriet i vissa fall är en fördel när det gäller att öka vinsten och att dess flexibilitet när det gäller att lagra energi och sälja den på marknaden vid lämpliga tidpunkter, Det sparar t.ex. energi från vinden under timmar med jämförelsevis låga priser, medan det säljer den. när priserna är jämförelsevis höga. Slutligen görs en bedömning av variationen i obalansen. med och utan batteri, där man jämför hur sådana virtuella kraftverk minskar kostnaderna för obalans.

District heating plays a major role in the Swedish energy system. It is deemed a renewable energy source and is the main provider for multi-family dwellings with 90 %. Although the district heating fuel mix consists of majority renewables, a share of 5 % is provided from fossil fuels. To reduce fossil fuel usage and eradicate CO2-emissions from the district heating system new solutions are sought after. In this project, the potential for shortterm thermal energy storage in buildings is investigated. This concept is referred to as customer flexibility. Demand flexibility is created in the district heating system (DHS) by varying the indoor temperature in 50 multi-family dwellings with maximum 1◦C, without jeopardizing the thermal comfort for the tenants. The flexible load makes it possible to store energy shortterm in the building’ envelope. Consequently, heat load curves are evened in production. This leads to a reduction of the peak load in the DHS. Peaks are associated with high costs and environmental impact. Therefore, the potential benefits of customer flexibility are reduced peak production, fuel costs, and CO2-emissions, depending on the fuel mix in the DHS. The project objective is to examine the techno-economic potential of customer flexibility in a specific DHS. The case study is made in a DHS owned by the company Vattenfall, located in the Stockholm area. To evaluate the potential benefits of implementing the concept, seven key performance indicators are chosen. They are peak power, peak fuel usage, produced volume, total fuel cost, fuel cost per produced MWh, climate footprint, and primary energy. Moreover, an in-house optimization model is used to simulate multiple scenarios of the district heating DHS. Different sets of assumptions about the available flexibility in the DHS and the thermal characteristics of the buildings are made. Customer flexibility is modeled as virtual heat storage that can be charged up or down depending on the speed and size of the available storage at a specific outdoor temperature. Simulation results give a maximum peak power reduction of 10.9 % and annual fuel cost reduction between 0.9-3.6 % depending on the scenario. The results found are comparable to values found in similar studies. However, the environmental key performance indicators generated an increase in CO2-emissions and primary energy compared to the baseline scenarios. The result would have looked different if fossil fuels were used in peak production instead of biofuels. The master thesis also aimed to validate assumptions and parameters made in the input data to the optimization model. This was achieved by using results attained from a pilot in the specific DHS. Therefore results generated from the simulations are deemed accurate and confirm that customer flexibility leads to reduced peak production and DHS optimization. / Se filen

Syftet med den här studien är att göra en teknoekonomisk utvärdering av processer för förvätskning av CO2 med hjälp av Aspen Plus. Ett flertal förvätskningsprocesser från tidigare studier jämfördes och från dessa valdes två förvätskningsprocesser ut för fortsatta studier och simuleringar. Dessa två förvätskningsprocesser var ett internt kylt förvätskningssystem och ett externt kylt förvätskningssystem av Øi et al., Energy Procedia 86 (2016) 500-510, som kallats system A, samt av Seo et al., International Journal of Greenhouse Gas Control 35 (2015) 1-12 kallat system B. Dessa två olika processer simulerades för teknisk analys med hjälp av Aspen Plus. Aspen Economical Analyzer (AEA) användes för att göra den ekonomiska analysen. I dessa simuleringar användes ett massflöde på 45 ton/h inkluderat vatteninnehåll, i jämförelse med tidigare studier med högre massflöden runt 100 ton/h. Elektricitet-och kylbehovet undersöktes i ett flertal olika fall med varierande kyltemperatur mellan kompressorerna. Två fall med integrering av fjärrvärme samt två fall med en värmepump undersöktes också med varierande återgående temperatur på fjärrvärmevattnet. Detta gjordes för att undersöka hur mycket värme som kan tillvaratas från förvätskningsprocessen. Vidare bestämdes även investeringskostnader samt driftskostnader med hjälp av AEA. Från detta bestämdes även den årliga kostnaden av kapitalet, CAPEX, och kostnaden att förvätska CO2 räknades ut i form av €/ton.  Resultaten visade att integrering av fjärrvärme samt värmepumpar är användbart för att tillvarata på så mycket värme som möjligt från förvätskningssystemen. I de fall med en värmepump samt en återgående temperatur på 47°C i fjärrvärmenätet hade ett COP på 3.07 samt 3.15 för system A samt system B vardera. Kostanden att förvätska CO2 var 17.42 €/ton för system A samt 17.75 €/ton för system B utan använding av en värmepump samt en återgående temperatur på 47°C i fjärrvärmenätet. Vid integrering av en värmepump gick kostnaden av förvätskning upp till 20.85 €/ton för system A samt 21.69 €/ton för system B. Kostnaden av förvätskning dominerades av driftskostnader med kostnaden av kapitalet har en mindre påverkan. Utnyttjandegraden har även en stor påverkan på kostanden av förvätskning, då lägre kapaciteter visade sig leda till markant högre förvätskningskostnader. När intäkterna från fjärrvärmeproduktionen adderades till kostnadskalkylen, minskade kostnaden av förvätskning, speciellt för de system med en värmepump, där priset minskade till 10.26 €/ton för system A eller 10.98 €/ton för system B. I linje med tidigare studier pekar även dessa resultat på att det ekonomiska optimumet sammanfaller med energioptimum. Resultaten visade även att system A, det internt kylda systemet, hade den lägsta förvätskningskostanden och minsta elektricitetsförbrukningen med och utan värmepump, och därför är system A optimalt för småskalig CO2 förvätskning. / The aim of this study is to do a technoeconomical analysis on CO2 liquefaction systems using Aspen Plus. Several liquefaction systems from previous studies were compared, and from these, two liquefaction systems were chosen for further studies and simulations. These liquefaction systems were namely an internal liquefaction system and an external liquefaction system by Øi et al., Energy Procedia 86 (2016) 500-510, called system A and Seo et al., International Journal of Greenhouse Gas Control 35 (2015) 1-12, called system B. These systems were simulated for technical analysis using Aspen Plus, and Aspen Economical Analyzer (AEA) was used for economical studies. A small-scale liquefaction system was studied with a mass flow rate of 45 tonne/h including the water content, as compared to other studies with higher mass flow rates of around 100 tonne/h. The electricity demand and cooling demand were studied in several cases of interstage cooling between compressors. Furthermore, two cases of district heating as well as two cases of heat pumps were studied with varying return temperatures of the district heating water. This was done to study how much heat could be recovered from the liquefaction process. Furthermore, the capital expenses as well as the operating expenses were also determined using AEA. From this, the annual CAPEX and the cost of CO2 was calculated in terms of €/tonne CO2.  The results showed that district heating and heat pumps can be useful to recover heat from the liquefaction processes. The simulations that included a heat pump and assumed a return temperature of 47°C had a COP of 3.07 and 3.15 for system A and B respectively. The determined cost of production was 17.42 €/tonne for system A and 17.75 €/tonne for system B when not using a heat pump and a return temperature of 47°C in the district heating grid. However, when adding a heat pump the total production cost (TPC) increased to 20.85 €/tonne for system A, and 21.69 €/tonne for system B. It was also shown that the TPC is highly dominated by the operating expenses while the total capital investment has a smaller impact on the TPC. The capacity is also important for the TPC as lower capacities was shown to lead to significantly increased production costs. When taking the revenue streams from district heating into account the TPC was decreased, in particular for the systems including the heat pumps, where the TPC for system A was 10.26 €/tonne while for system B it was 10.98 €/tonne. In accordance with previous studies it was shown that the economical optimum is closely related to the energy optimum. It was concluded that as system A, the internal liquefaction system, had the lowest TPC and electricity input with and without the heat pump and thus it is the optimal configuration for small-scale CO2 liquefaction.

CO2 capture and storage (CCS) is estimated to reduce 14% of the global CO2 emissions in the 2 °C scenario presented by the International Energy Agency. Moreover, post combustion capture is identified as a potential method for CO2 capture from industry since it can be easily retrofitted without disturbing the core industrial process. Among the post-combustion capture methods, absorption using mono-ethanol amine (MEA) is the most mature technology that has been demonstrated at plant scale. However, using chilled ammonia process as a post combustion capture technology in a cement industry can reduce 47% energy penalty for CO2 capture when compared to the conventional MEA absorption method.  Hence, the current project aims at analyzing the chilled ammonia process when integrated with steel and ammonia plants. Key performance indicator like specific primary energy consumption per kilogram of CO2 avoided (SPECCA) is estimated and compared with MEA absorption method. Firstly, chilled ammonia process (CAP) for cement plant was used as reference case. Then, CAP for steel and ammonia processes was optimized by the means of the decision variables affecting the capture and energy efficiency. The energy consumption per kg CO2 captured and SPECCA was lower for the higher CO2 concentration in the flue gas. Results for SPECCA were 3,56, 3,52 and 3,61 MJ/kg CO2 for cement, steel, and ammonia plants, respectively.

Renewable energy for energy production, like Solar, is turning out to be very pertinent in today's world [1]. It is very clear that Solar Energy is going to emerge as one of the key sources of energy in future. Moreover, the storage option is going to play an essential role to the future deployment of solar power plants. Concentrated solar power plants with thermal storage, photovoltaic plants integrated with battery energy storage, and hybrid plants are attractive solutions to obtain a stable and dispatchable energy production. Investors or policymakers usually find it challenging to come up with the most feasible solar storage technology because they need to consider techno-economic feasibility, and at the same time, from a market or administrative perspective as well. So, this thesis study will address the key problem which is aimed at investors or policymakers since there is a need to choose the best solar storage technology at a utility level in future based on so many attributes. The thesis project was carried out in two phases which includes forecast modelling & estimations and techno-economic assessment of virtual plants. These two phases helped to address various questions in relation to the problem statement of this study. The entire thesis study broadly covered seven countries spanning across four major regions around the world. The first phase of the thesis, forecast modelling estimations shows how the seven countries will look in future (2020 – 2050) with respect to installed capacity and costs for PV, CSP, and BESS technologies. Some major results from phase 1 include, in low-cost estimates, China will remain to be the market leader in PV & CSP by 2050. In U.S.A and India, the installed costs of PV are projected to decline by 70% by 2050. By 2050, the installed costs of Solar Tower technology are estimated to drop by about 65% in China and Spain. In U.S.A, the prices of BESS technology are likely to fall by around 58 – 60 % by 2050. In the second phase of thesis study, a techno-economic evaluation of virtual plants addressed the aspects which are to be considered for a solar project if it is deployed in future across seven specific countries. Results from this analysis helps investors or policymakers to choose the cheapest solar storage technology at a utility level across seven specific countries in future (2020 – 2050). Key results from this analysis show that, in the U.S.A, by 2050, PV+BESS will be the cheapest storage technology for 4 – 10 storage hours. Addition of another renewable technology will add up more viability to the comparison. In China, Hybrid will be the cheapest storage technology for 4 – 8 hrs by 2050. There is huge potential for deployment of CSP & hybrid plants in future than PV. In South Africa, CSP will be the cheapest storage technology by 2050 for 4 – 10 hours of storage. It is assumed that deployment of BESS projects at utility level starts from 2025 in South Africa. Beyond this, market forces analysis was carried out which offers insights especially for the policymakers of how various drivers and constraints are influencing each solar technology across the specific countries in future. Overall, the entire thesis study provides guidelines/insights to investors or policy makers for choosing the best solar storage technology in future at a utility scale for a particular country. / Förnybar energi för energiproduktion, liksom Solar, visar sig vara mycket relevant i dagens värld [1]. Det är mycket tydligt att solenergi kommer att framstå som en av de viktigaste energikällorna i framtiden. Dessutom kommer lagringsalternativet att spela en väsentlig roll för den framtida distributionen av solkraftverk. Koncentrerade solkraftverk med värmelagring, solcellsanläggningar integrerade med batterilagring och hybridanläggningar är attraktiva lösningar för att få en stabil och skickbar energiproduktion. Investerare eller beslutsfattare brukar tycka att det är utmanande att komma på den mest genomförbara solcellstekniken eftersom de måste överväga teknikekonomisk genomförbarhet, och samtidigt, ur ett marknads- eller administrativt perspektiv också. Så denna avhandlingsstudie kommer att ta itu med nyckelproblemet som riktar sig till investerare eller beslutsfattare eftersom det finns ett behov av att välja den bästa solenergilagringstekniken på en användningsnivå i framtiden baserat på så många attribut. Avhandlingsprojektet genomfördes i två faser som inkluderar prognosmodellering och uppskattningar och teknikekonomisk bedömning av virtuella anläggningar. Dessa två faser hjälpte till att ta itu med olika frågor i samband med problemstudien i denna studie. Hela avhandlingsstudien omfattade i stort sju länder som sträcker sig över fyra stora regioner runt om i världen. Den första fasen i avhandlingen, prognosmodelleringsuppskattningar visar hur de sju länderna kommer att se ut i framtiden (2020 - 2050) med avseende på installerad kapacitet och kostnader för PV-, CSP- och BESS -teknik. Några viktiga resultat från fas 1 inkluderar, i lågkostnadsuppskattningar, att Kina kommer att vara marknadsledande inom PV och CSP år 2050. I USA och Indien beräknas de installerade kostnaderna för PV minska med 70% år 2050. Av 2050 beräknas de installerade kostnaderna för Solar Tower -teknik sjunka med cirka 65% i Kina och Spanien. I USA kommer priserna på BESS -teknik sannolikt att sjunka med cirka 58 - 60 % år 2050. I den andra fasen av avhandlingsstudien behandlade en teknikekonomisk utvärdering av virtuella anläggningar de aspekter som ska övervägas för ett solprojekt om det används i framtiden i sju specifika länder. Resultaten från denna analys hjälper investerare eller beslutsfattare att välja den billigaste solenergilagringstekniken på en användningsnivå i sju specifika länder i framtiden (2020 - 2050). Viktiga resultat från denna analys visar att i USA, år 2050, kommer PV+BESS att vara den billigaste lagringstekniken på 4 - 10 lagringstimmar. Tillägg av en annan förnybar teknik kommer att öka jämförbarheten. I Kina kommer Hybrid att vara den billigaste lagringstekniken i 4-8 timmar fram till 2050. Det finns en enorm potential för distribution av CSP & hybridanläggningar i framtiden än PV. I Sydafrika kommer CSP att vara den billigaste lagringstekniken år 2050 för 4 - 10 timmars lagring. Det antas att distributionen av BESS -projekt på verktygsnivå börjar från 2025 i Sydafrika. Utöver detta genomfördes marknadskravsanalys som ger insikter speciellt för beslutsfattarna om hur olika drivkrafter och begränsningar påverkar varje solteknik i de specifika länderna i framtiden. Sammantaget ger hela avhandlingsstudien riktlinjer/insikter till investerare eller beslutsfattare för att välja den bästa solenergitekniken i framtiden i en nyttoskala för ett visst land.

The transition in the transport sector by the integration of battery electric vehicles (BEVs) brings a new challenge for the system operators to ensure the balance between supply and demand. The installation of new EV charges poses a surge in electricity demand in the coming years which jeopardizes the grid reliability and stability. With the new EV policies in place, Sweden will have a huge growth of BEVs and the associated charging infrastructures. The challenges faced by the electricity transmission and distribution will depend on the type and smart capability of the infrastructure. Therefore, research is conducted to analyze the impacts of the mix of public and private residential EV charging and how smart charging can help in mitigating the impacts. This thesis studies the impact of the mix of private residential and public EV chargers on the power network of Hammarby Sjöstad, a neighborhood of Stockholm. Four substations out of 20 corresponding to the areas with the highest proportion in the residential and commercial sectors in the network were chosen for the study and power flow analysis was carried out to analyze the impacts in the year 2025. EV chargers were categorized into public and private residential chargers. The public chargers had rated power of 22 kW each while residential chargers were rated at 3.68 kW each. EVs can behave as energy vectors, and it is possible to optimize their charging as a part of demand-side management which includes peak shaving or shifting. Optimizing EV charging was treated as a mixed integer linear programming (MILP) problem to schedule EV charging for both reducing losses and the cost of electricity import from the grid. Two optimization strategies were investigated to analyze their potential to reduce the peaks due to uncontrolled charging. Renewable energy generation from solar PVs integrated with EV chargers reduces the import of electricity from the grid during the day which not only reduced the losses but also the cost of importing electricity from the grid. The effect of intermittency of solar PV generation was reduced by implementing BESS. At low price periods, the BESS was charged using the excess PV power and at higher price periods, the BESS was discharged. Three scenarios were developed, where the Reference scenario refers to the base case without PV and BESS, With PV scenario considered only PV generation while With PVBESS scenario considered the implementation of BESS with PV. Three test cases were simulated for each of the scenarios, and it was found that by the implementation of smart charging, the losses in the network reduce by 35.5% and it also significantly reduced the losses in all the other scenarios. Implementation of smart charging reduced the cost of electricity import from the grid by 4.3%. The integration of PV generation led to a 7% further reduction in the losses and cost of electricity import as compared to the Reference scenario. The integration of BESS increased the losses in the network, but it also enhanced the self-consumption of PV power. The implementation of smart charging not only reduces the losses and costs of import but will lead to savings in grid reinforcement costs. / Övergången inom transportsektorn genom integrering av batteri -elektriska fordon (BEV) medför en ny utmaning för systemoperatörerna att säkerställa balansen mellan utbud och efterfrågan. Installationen av nya elavgifter innebär en kraftig ökning av elbehovet under de kommande åren, vilket äventyrar nätets tillförlitlighet och stabilitet. Med den nya EV -politiken på plats kommer Sverige att ha en enorm tillväxt av BEV och tillhörande ladd infrastrukturer. Utmaningarna för elöverföring och distribution beror på infrastrukturens typ och smarta kapacitet. Därför forskas för att analysera effekterna av blandningen av offentliga och privata EV -laddningar för bostäder och hur smart laddning kan hjälpa till att mildra effekterna. Denna avhandling studerar effekten av blandningen av privata bostäder och offentliga EV -laddare på kraftnätet i Hammarby Sjöstad, en stadsdel i Stockholm. Fyra transformatorstationer av 20 motsvarande de områden med den högsta andelen inom bostads- och kommersiella sektorer i nätet valdes ut för undersökningen och effektflödesanalys utfördes för att analysera effekterna år 2025. EV -laddare kategoriserades offentligt och privata bostadsladdare. De offentliga laddarna hade en nominell effekt på 22 kW vardera medan bostadsladdare var 3,68 kW vardera. Elbilar kan bete sig som energivektorer, och det är möjligt att optimera laddningen som en del av hanteringen på efterfrågesidan som inkluderar topprakning eller växling. Optimering av EV -laddning behandlades som ett blandat heltal linjärt programmeringsproblem (MILP) för att schemalägga EV -laddning för både minskning av förluster och kostnader för elimport från nätet. Två optimeringsstrategier undersöktes för att analysera deras potential att minska topparna på grund av okontrollerad laddning. Förnybar energiproduktion från solcellsanläggningar integrerade med EV -laddare minskar importen av el från nätet under dagen vilket inte bara minskade förlusterna utan också kostnaderna för att importera el från nätet. Effekten av intermittency av solcellsgenerering genererades genom att implementera BESS. Vid lågprisperioder debiterades BESS med överskott av PV -effekt och vid högre prisperioder laddades BESS ur. Tre scenarier utvecklades, där referensscenariot hänvisar till basfallet utan PV och BESS, med PV -scenario endast betraktat PV -generering medan With PVBESS -scenario övervägde implementeringen av BESS med PV. Tre testfall simulerades för vart och ett av scenarierna, och det visade sig att genom implementering av smart laddning minskar förlusterna i nätverket med 35,5% och det minskade också avsevärt i alla andra scenarier. Genomförandet av smart laddning minskade kostnaden för elimport från nätet med 4,3%. Integrationen av PV -produktion ledde till en ytterligare minskning av förlusterna och kostnaderna för elimport med 7% jämfört med referensscenariot. Integrationen av BESS ökade förlusterna i nätet, men det förbättrade också självförbrukningen av PV-kraft. Genomförandet av smart laddning minskar inte bara förluster och kostnader vid import utan leder till besparingar i nätförstärkningskostnader.

This Green IT case study commissioned by Försäkringskassan (FK), the Swedish National Social Insurance Agency, quantifies the environmental performance of the IT infrastructure (IT-IS) in use during 2010 in a lifecycle perspective. Adopting a system view in Green IT analysis can mitigate risks of problem shifts. IT-IS concerns the equipment that enables office automation and external web application services. The size of the FK IT-IS is in the order of 300 branch offices with 14000 pc’s, 2100 printers and a 1 MW data centre hosting 1200 servers, 5 Petabyte of central data storage and serving about 80 key business applications. The carbon footprint of the FK IT-IS in 2010 accounts to 6.5 kiloton CO2-equivalents. The total environmental impact is calculated across 18 themes and expressed as a single indicator eco score amounting to 822.000 ReCiPe points. The contribution of capital goods is large with 44% of the carbon footprint and 47% of the eco score linked to emissions embedded in material equipment. The environmental effects from distributed IT deployed at local office sites, dominate at two thirds of the total FK IT-IS impacts. Important drivers in the local office sites category are the relatively short economic life span of pc equipment and the significant volume of paper consumed in printing activities. Within the data centre category, operational processes dominate the environmental impacts and are linked to intensive power use. In comparison to industry benchmark scores, the data centre infrastructure energy efficiency (DCiE) is relatively low at 57%, or 59% when credited for waste heat utilisation. Airflow containment measures in computer rooms are identified for efficiency improvement. Enhanced airflow controls also act as a prerequisite to better leverage opportunities for free cooling present at the location in northern Europe.  With regards to the data centre hosted IT, environmental impacts linked to storage services dominate and remarkably exceed those of servers. / Denna fallstudie inom Grön IT på uppdrag av Försäkringskassan (FK) kvantifierar IT-infrastrukturens (IT-IS) miljöprestanda i ett livscykelperspektiv under 2010. Att införa ett systemperspektiv inom Grön IT analys kan lindra riskerna av problemväxling. IT-IS avser utrustning som möjliggör kontorsautomatisering och externa webbapplikationer. FK IT-IS omfattar 300 kontor med 14,000 datorer, 2,100 skrivare och ett 1 MW datacenter med 1,200 servrar, 5 Petabyte central datalagring och 80 huvudsakliga applikationer. Koldioxidavtrycket av det totala FK IT-IS utgör 6,5 kiloton CO2-ekvivalenter för 2010 . Den totala miljöpåverkan är beräknad över 18 miljöteman och anger som en enda indikator ekobetyget på 822,000 ReCiPe poäng . Kapitalvaror bidrar stort, med hela 44% av koldioxidutsläppen och 47% av ekobetyget kan härledas till inbäddade utsläpp i material utrustning. Miljöeffekterna av de lokala kontorens IT dominerar med två tredjedelar av den totala FK IT-IS miljöpåverkan. Viktiga faktorer i kategorin lokala kontor är kapitalvarornas relativt korta ekonomiska livslängd samt de betydande volymer av skrivarpapper som används.   Inom datacenterkategorin domineras miljöpåverkan av de operativa processerna som är kopplade till intensiv el förbrukning. I jämförelse med branschstandarden är energieffektiviteten av datacentrets infrastruktur (DCiE) relativt låg, med 57%, alternativt 59% när användandet av spillvärme inräknas. Luftflöde inneslutningsåtgärder i datorsalar identifieras för effektivisering. Förbättrad luftflödesinneslutning i datahallarna är identifierad som en energieffektivisering. Den förbättrade luftflödeskontrollen är också ett krav för att bättre kunna utnyttja möjligheterna för fri kyla som finns i Norra Europa.  Med avseende på datacentrets IT, domineras miljökonsekvenserna kopplade till lagringstjänster och överstiger anmärkningsvärt effekterna från servrarna. / Miljöutredning Grön IT på Försäkringskassan - examensarbeten

Carbon dioxide is released by natural and anthropogenic processes, such as the production and combustion of fossil fuels. Production of biogas also generates carbon dioxide, but of biogenic origin. The global, yearly emissions of greenhouse gases are regularly increasing, although agreements such as the Paris Agreement is signed by parties globally. Sweden has the goal to reach net-zero emissions by 2045, and thereafter to only obtain negative emission levels. To reach these goals the biogenic version of Carbon Capture and Storage (CCS) called Bioenergy with Carbon Capture and Storage (BECCS) is considered to be an essential strategy. Using carbon dioxide, through Carbon Capture and Utilization (CCU), in for example products, can complement BECCS since the strategy can increase the value of carbon dioxide. These strategies make it possible to reduce the climate impact of biogas production.  This master thesis aimed to chart different techniques in CCS and CCU to examine how they can be used to utilize or store carbon dioxide from biogas plants. What technical demands different solutions create was explored. The different techniques were assessed through a multi criteria analysis by a technological, environmental, marketable and economical standpoint to investigate which ones were the most suitable for a specific, studied case – Tekniska verken’s biogas plant. One suitable technique within CCU was analyzed through a screening of actors in the region. An environmental assessment of one technique in CCS and one in CCU were compared with the reference case Business as usual, to explore how a simulated biogas plant’s climate impact can change through the implementation of CCS and CCU.  The charting of literature gave findings of 42 different techniques, which were sifted down to 7; algae farming for wastewater treatment, BECCS in saltwater aquifers, carbon dioxide curing of concrete, bulk solutions, production of methanol, production of methane through Power To Gas and crop yield boosting in greenhouses. The multi criteria analysis pointed out carbon dioxide curing of concrete and BECCS in saltwater aquifers as suitable solutions for the studied case. The implementation of these techniques requires a liquefaction plant, infrastructure for transportation as well as business partners.  A life cycle assessment of the studied cases climate impact was given through modelling and simulation of a model plant of the studied case, with the functional unit 1 Nm3 biomethane. The reference case Business as usual had a climate impact of 0,38 kg CO2 eq, which corresponds to approximately one eighth of the climate impact of fossil fuels such as gasoline or diesel. By storing the carbon dioxide through BECCS in saltwater aquifers the climate impact decreased to - 0,42 kg CO2 eq. By utilizing the carbon dioxide through curing of concrete the biomethane’s climate impact decreased to -0,72 kg CO2 eq. The results thereby evince that Swedish biogas producers can improve their climate performance through CCS and CCU. / Koldioxid släpps ut av såväl naturliga som antropogena processer, exempelvis vid produktion och förbränning av fossila bränslen. Även vid biogasproduktion uppkommer koldioxid, men av biogent ursprung. Årliga globala utsläpp av växthusgaser ökar regelbundet, trots överenskommelser som Parisavtalet som syftar till att begränsa klimatförändringarna. Sverige ska nå nettonollutsläpp senast 2045 och därefter ha negativa utsläppsnivåer. För att uppnå detta mål anses en biogen version av Carbon Capture and Storage (CCS), det vill säga avskiljning och lagring av koldioxid, kallad Bioenergy with Carbon Capture and Storage (BECCS) vara en essentiell strategi. Tillvaratagande av koldioxid, genom Carbon Capture and Utilization (CCU), kan ge ett bra komplement till BECCS eftersom det nyttiggör koldioxid i produkter och kan öka värdet av koldioxid. Tekniker inom CCS och CCU möjliggör minskad klimatpåverkan inom biogasproduktion.  Detta examensarbete syftade till att kartlägga olika alternativ inom teknikerna CCS och CCU för att undersöka hur dessa kan användas för att nyttiggöra eller lagra koldioxid från biogasanläggningar, samt att undersöka vilka tekniska krav som ges av lösningarna. Utifrån en multikriterieanalys bedömdes vilka lösningar som var tekniskt, miljömässigt, marknadsmässigt och ekonomiskt motiverade för tillvaratagande av koldioxid. Bedömningen genomfördes genom att studera specifikt fall som var Tekniska verken i Linköpings biogasanläggning. Den lösning som valdes ut som lämplig inom CCU analyserades ur ett marknadsmässigt perspektiv genom en översiktlig kartläggning av aktörer i regionen. Därefter studerades klimatpåverkan från en förenklad modell av Tekniska verkens biogasanläggning för att undersöka hur denna förändras vid implementering av en lämplig lösning inom CCS respektive CCU.  Genom en screening av lösningsförslag identifierades 42 lösningsförslag inom CCS och CCU som sållades ner till sju stycken; algodling vid vattenrening, BECCS i saltvattenakviferer, betong härdad av koldioxid, bulklösning, metanoltillverkning, tillverkning av metan genom Power To Gas samt växthusodling. Multikriterieanalysen visade att koldioxidhärdad betong inom CCU och BECCS i saltvattenakviferer inom CCS var lämpliga lösningar för det studerade fallet. För implementering av förslagen krävdes bland annat en förvätskningsanläggning, infrastruktur för transport och samarbetspartners.  De studerade scenariernas klimatmässiga livscykel erhölls genom modellering och simulering av en modellanläggning av det studerade fallets biogasanläggning i programvaran SimaPro med användning av den funktionella enheten 1 Nm3 fordonsgas. Resultatet visade att fordonsgasen i referensfallet har en klimatpåverkan på 0,38 kg koldioxidekvivalenter. Fordonsgasens klimatpåverkan var cirka en åttondel av fossila bränslen såsom bensin och diesels klimatpåverkan. Vid lagring av koldioxid genom BECCS i saltvattenakviferer förändrades klimatpåverkan till - 0,42 kg koldioxidekvivalenter. När koldioxid användes till härdning av betong förändrades fordonsgasens klimatpåverkan till -0,72 kg koldioxidekvivalenter. Detta innebär att svenska producenter av biogas kan förbättra sin klimatpåverkan genom såväl lösningar inom CCS som CCU.