The goal of this project was to construct a model of a microgrid to avert possible power disruptions. The microgrid should provide electrical energy to four essential facilities; a nursing home, a gas station, a preschool and a fire station. The simulations were performed on the assumption that the microgrid is self-sufficient and thereby has its own energy production and storage. The potential of the solar cells, as an energy source, was investigated in the simulation model. A biogas turbine was considered to compensate for the months when the energy production is less than the demand.  Energy storage in the form of a lithium-ion battery was also included in the simulation model. The battery was designed to operate immediately after a power outage. According to the simulations, the installed solar cells did not generate enough electrical energy to satisfy  the energy needs in the facilities during autumn, winter and spring. If a storm strikes during these seasons, Knutby will have insufficient power. The system has been deemed insufficiently resilient when the system is off-grid. However, if this system is combined with a backup power source, it will be more resilient. The solar cells would provide electrical energy during the summer and the backup power supply would handle any emergency situations during the rest of the year. Biogas is produced locally at Kungsängens gård and will therefore make the system more resilient  If the aim and/or use of the microgrid were to be changed, the choice of energy production and energy storage might be altered to satisfy the given purpose.

This report aims to evaluate if and how a microgrid could be constructed on AirSon Engineering AB:s estate. The main focus of the report is legislation, benefits with energy storage, different energy storage systems, system control and energy and power balances. A literature study and processing of data are used to answer the reports questions. The goal with this study is that the microgrid can be constructed without the need of concession. If certain exceptions are met Swedish legislation approves construction of a microgrid without concession. Additionally, the microgrid needs to fulfill the law about micro producers to get tax reduction. If possible, the current through the main fuse will not exceed 63 amperes. By reducing the production, the current can be limited to 63 amperes. Further, three energy storage systems are evaluated, lithium-ion battery, nickel metal hydride battery and hydrogen fuel cell. Lithium-ion battery is best suited when it comes to performance. From an economic perspective the size of the energy storage and charging cycles determines which system that is preferable. Variations in electricity price from night to morning gives an economic benefit from an energy storage via buying electricity night-time and using it in the morning. Furthermore, the energy storage leads to higher self-sufficiency and self-utilization. The microgrid will consist of 104,7 kilowatt peak power solar power and 3 kilowatt wind power. By collecting data from the estate and weather data from PVGIS energy and power balances are calculated. The microgrid will be a direct current grid and will be controlled by a so called EnergyHub, which is a product from Ferroamp that also balances the phases. Moreover, self-sufficiency and self-utilization are used to determine the optimal size of the energy storage system. A larger energy storage system will conclude in higher self-sufficiency and self-utilization. However, the self-sufficiency increases exceedingly little in compared to the increasement of the energy storage size.

The Sustainable Development Goal n°7 is calling for a prompt response to guarantee affordable and clean energy for all. While the electrification rate is rapidly increasing around the world, much work still remains to achieve electricity access in remote areas or Non-Interconnected Zones, such as the numerous small islands that compose Indonesia. This thesis work sought to understand which standalone microgrid design would represent the most sustainable solution for a rural electrification challenge, where the final scope is to provide 24 h/d stable and reliable electricity connection to the local communities of Sulawesi, Indonesia. To achieve such a result, two diametrically opposed microgrid layouts are outlined in terms of renewables share: a Business As-Usual Scenario, in which the microgrid is powered by a standard diesel set, and an integrated renewable-based scenario, in which the microgrid envisions the implementation of biopower, PV system and Li-ion batteries as a storage option. A thorough comparison on a series of Key Parameter Indicators (KPIs), such as Carbon Footprint, Levelized Cost Of Electricity and job creation, led to the identification of the renewable-based scenario as the most sustainable option. This system layout resulted in a biomass powered electricity production covering 80% of the total electricity demand, with the remaining 20% supplied by solar power and storage means and a LCOE of 0.18 USD/kWh. At the price of a higher upfront cost than the one of BAU case, the renewable-based alternative entitles a higher profitability when compared to the business-asusual one, together with reduced carbon dioxide emissions and a higher number of jobs directly created. / Hållbarhetsmål nr 7 kräver ett snabbt svar för att garantera överkomlig och ren energi för alla. Medan elektrifieringsgraden snabbt ökar runt om i världen, återstår mycket arbete för att nå elåtkomst i avlägsna områden eller icke-sammankopplade zoner, såsom de många små öarna som utgör Indonesien. Detta avhandlingsarbete försökte förstå vilken fristående mikronätdesign som skulle representera den mest hållbara lösningen för en elektrifieringsutmaning på landsbygden, där det slutliga utrymmet är att tillhandahålla 24 timmars stabil och pålitlig elanslutning till lokalsamhället Sulawesi, Indonesien. För att uppnå ett sådant resultat beskrivs två diametralt motsatta mikronätlayouter när det gäller andelen förnybara energikällor: ett Business As-Usual-scenario, där mikronätet drivs av en standarddiesel och ett integrerat förnyelsebaserat scenario, där microgrid ser implementeringen av biokraft, solcellssystem och litiumjonbatterier som ett lagringsalternativ. En noggrann jämförelse av en serie nyckelparametrar (KPI), såsom koldioxidavtryck, nivåiserad elkostnad och skapande av jobb, ledde till att det förnyelsebaserade scenariot identifierades som det mest hållbara alternativet. Systemlayouten resulterade i en biomassadriven elproduktion som täckte 80% av det totala elbehovet, med de återstående 20%som levereras av solenergi och lagringsmedel och en LCOE på 0,18 USD / kWh. Till priset av en högre kostnad i förskott än i BAU-fallet ger det förnyelsebaserade alternativet högre lönsamhet jämfört med det som vanligt, tillsammans med minskade koldioxidutsläpp och ett högre antal direkt skapade jobb.

Samhällets beroende av fossila bränslen leder till en varmare atmosfär och högre havsnivåer. För att bromsa utvecklingen måste utsläppen minska. En lösning är att implementera förnybara elproduktionsanläggningar och energilagring i större utsträckning. Då Sveriges vattenkraftsutbyggnad har stannat av de senaste 30 åren behövs en implementering av andra förnybara metoder, i kombination med den redan utbyggda vattenkraften, för att förse framtidens elbehov. För arbetet ligger fyra olika orter med redan installerade vattenkraftverk i fokus, nämligen Fredriksberg, Hällefors, Grythyttan och Sävenfors. Syftet med arbetet är att se hur man kan integrera solcellsanläggningar med och utan batterienergilagring i redan installerade vattenkraftsystem för energiproduktion i mindre lokala elnät. Målet med arbetet är indelat i två olika delmål. Det första målet är att få fram hur stora solcellsanläggningar som är implementerbara i mindre orter utifrån ett ekonomiskt perspektiv, det vill säga hur stor kapacitet som är möjligt att installera samtidigt som anläggningen är ekonomiskt lönsam. Det andra delmålet är att få fram hur stor del av orternas egna elbehov som kan täckas med vattenkraft, solceller och med eller utan batterilagring. En modell för systemet byggdes i Simulink, där vattenkraften antogs producera kontinuerligt över året vid vissa tider på dygnet. En känslighetsanalys gjordes på solcellsanläggningarnas ekonomiska lönsamhet vid olika framtidsscenarier gällande elprisutveckling i Sverige fram till år 2050. Resultat från simuleringar visar på att orterna får olika hög grad ekonomisk lönsamhet vid olika mängd installerad kapacitet solceller. Generellt ger ett högre elbehov och ett lägre förhållande mellan producerad el från vattenkraft och elbehov ekonomisk möjlighet att installera större solcellsanläggningar. Gällande de olika framtidsscenarierna finns det vissa scenarier som kan förlänga solcellsanläggningarnas återbetalningstid. Ett scenario, med stor implementering av småskalig förnybar energi i Sverige, medför att mindre kapacitet solceller bör installeras för att garantera ekonomisk säkerhet för investeringen. Batterilagring bidrar till ett ökat försett behov då det finns ett överskott på producerad el från solcellerna. Andelen egenförsett behov ökar dock mer på orter där vattenkraften är mindre dominerande. Det kan bero på att det finns fler tillfällen då det kan förse ett elbehov på orten, vilket vattenkraften annars tagit över i andra orter. En viktig grundpelare till att batterilagringen inte resulterar i en ekonomisk förlust är multifunktionen att förse eget behov och vara kopplad till en stödtjänst. Stödtjänsten är en uppreglering av nätets frekvensvariation vilket behöver prioriteras över stora delar av dygnet. Över de tre olika orterna resulterade förhållandet installerad MWp solceller genom MWh batterier på cirka 3. / Society's dependency on fossil fuels leads to a warmer atmosphere and rising sea levels.  Emission levels need to be reduced to slow down this development. One solution is to implement renewable energy and renewable energy storage systems on a wider scale. Sweden’s expansion of hydro power has come to a stop 30 years ago, which leads the focus to other methods of renewable energy generation in combination with the already built hydro power plants for future energy supply. This work focuses on already built-in hydro power plants in smaller communities as Fredriksberg, Hällefors, Grythyttan and Sävenfors. The scope of this work is to investigate the possibilities of integrating photovoltaic systems, with and without battery energy storage, in operating hydro power plants in smaller local grids. The goal of this work is divided into two sub-goals. The first sub-goal is to find out what size of photovoltaic systems can be implemented in smaller communities from an economic perspective, that is, how much capacity is possible to install at the same time as the plant is economically profitable. The other sub-goal is to find out how much of the communities’ own electrical demands are covered with hydro power, photovoltaics and with or without battery energy storage. A model was built in Simulink, where the hydro power was assumed to produce electricity continuously throughout the year at certain times of the day. A sensitivity analysis was performed on the profitability of the photovoltaic systems using different scenarios for the future electrical price in Sweden until the year of 2050. Results from the simulations show that different communities have different degrees of profitability for varying capacities of photovoltaics. A higher electricity demand and a lower ratio between produced electricity from hydro power and electricity demand provides financial opportunities to install larger capacities of photovoltaic systems. Regarding the future price scenarios, there are some scenarios that will prolong the photovoltaics payback-time. One scenario, with a great implementation of small-scale renewable systems, results in a recommendation to install lower capacities of photovoltaics to ensure financial security on the investment. Battery energy storage contributes to increased provided demands because of the surplus electricity produced from the photovoltaics. The proportion of provided demands is increasing more in communities where hydro power is less available. It can be a result of opportunities where the hydro usually is providing needs in those timeframes in other communities. An important pillar in the positive result of the economy of battery energy storage is its multifunction to supply demands and provide a support service, where the service of regulating frequency on the main grid needs to be prioritized over large parts of the day. The ratio between installed MWp photovoltaics and MWh battery energy storage resulted in approximately three across three different communities.

A growing world population has resulted in an increasing number of people being homeless or living in inadequate housing. In addition, the threatening climate crisis and the world’s limited resources calls for a more sustainable way of living. The organization Stockholm Tiny House Expo aims to contribute a solution to these issues: an artificial island with several tiny houses, able to adapt to rising sea levels, having net-zero-waste and completely self-sufficient regarding energy. This island will symbolize the sustainable development goals and will be an attraction for tourists, as well as create several job opportunities. In order to realize this vision, research needs to be conducted to find solutions to make this island become reality. Therefore, the aim of this project is to evaluate the economic and environmental feasibility of a high degree of self-sufficiency regarding energy, by locally producing heat and power, on an artificial island in Stockholm. Firstly, a literature review is conducted to find suitable technologies to supply the island with heat and power. Subsequently, the software tools IDA ICE and HOMER Pro are used to simulate the energy demand and supply of the island. Eight different scenarios, with different types of supply and demand, are created to investigate different possibilities of the island. The scenarios are evaluated using technical-, economic- and environmental key performance indicators. A scenario where the demand is reduced and heat and power are supplied only by resources on the island, is deemed most relevant based on Stockholm Tiny House Expo’s vision. A sensitivity analysis is therefore performed on this scenario. The results indicate technical and environmental feasibility; however, the economic evaluation showed that this scenario will be non-profitable. Although the scenario is non-profitable, if further measures are taken to create a pricing model to customers, it could be possible. In conclusion, the results of this research indicate that it is possible for Stockholm Tiny House Expo to be self-sufficient regarding heat and power solely utilizing renewable energy. The evaluation of the results, however, showed that it is not economically feasible. In addition, the national grid did not contribute to an impact on the surrounding environment, nor to a considerable amount of greenhouse gas emissions. Hence, grid connection is recommended for Stockholm Tiny House Expo. / En växande världspopulation har resulterat i att ett ökande antal människor är hemlösa eller bor i bristfälliga bostäder. Den hotande klimatkrisen och jordens begränsade tillgångar kräver dessutom en hållbarare livsstil. Organisationen Stockholm Tiny House Expo vill bidra med en lösning till dessa problem: en artificiell ö med flera småhus, som kan anpassa sig till stigande havsnivåer, har noll nettoavfall och är helt självförsörjande gällande energi. Denna ö kommer symbolisera FN:s hållbarhetsmål och vara en turistattraktion så väl som skapa ett flertal arbetsmöjligheter. För att förverkliga denna vision krävs forskning för att hitta lösningar och göra denna ö till verklighet. Därmed är syftet med detta projekt att undersöka den ekonomiska och miljömässiga genomförbarheten av en hög grad av självförsörjning av energi, genom att lokalt producera kraft och värme, på en artificiell ö i Stockholm. Först utförs en litteraturstudie för att hitta lämpliga teknologier för att försörja ön med kraft och värme. Därefter används programvarorna IDA ICE och HOMER Pro för att simulera energibehovet och energiförsörjningen för ön. Åtta olika scenarier, med olika typer av försörjning och behov, konstrueras för att undersöka olika möjligheter för ön. Scenarierna utvärderas med hjälp av tekniska-, ekonomiska- och miljömässiga nyckeltal (key performance indicators). Ett scenario där behovet är reducerat samt att kraft och värme endast försörjs av resurser på ön, bedöms vara mest relevant baserat på Stockholm Tiny House Expos vision. En känslighetsanalys utförs därför på detta scenario. Resultaten tyder på att scenariot är tekniskt och miljömässigt genomförbart; dock visade den ekonomiska utvärderingen att det inte är lönsamt. Trots detta så skulle det kunna vara möjligt om vidare åtgärder tas för att skapa en prissättningsmodell mot kunderna. Sammanfattningsvis så tyder resultaten på att det är möjligt för Stockholm Tiny House Expo att vara självförsörjande gällande kraft och värme som endast utnyttjar förnybar energi. Utvärderingen av resultatet visade dock att det inte är ekonomiskt genomförbart. Det nationella kraftnätet bidrog dessutom inte till påverkan på den omgivande miljön och inte heller någon betydande mängd växthusgasutsläpp. Följaktligen rekommenderas nätanslutning för Stockholm Tiny House Expo.

Only 10 % of the rural population in Sub-Saharan Africa has access to electricity. At the same time the Sub-Saharan countries are close to the equator and get many sun hours a day, leading to a huge potential for solar energy. This report aims to compare different PV system components for use in Sub-Saharan Africa to facilitate EWB for their work in electrification projects in the areas. The PV system will be compared with the following factors: economic, adoptability, scalability, environmental impact and efficiency, weighed in that order. A case simulation was made for a village around Nairobi were 20 households would be supplied with solar power. Both Polycrystalline silicon cells and thin filmed CIGS were simulated were the Poly c-Si cell was both the cost-efficient and scalable choice. Poly c-Si cells was also concluded to be advantageous of the crystalline cells by the chosen factors. Pb-acid batteries are best suited for off grid PV systems in rural areas. Different types of Pb-acid batteries can be used depending on the area’s typology. Off grid solar powered microgrids could be the solutions for an increased socioeconomic wellbeing for communities in rural areas. / Endast 10% av lantbygdens befolkning i Subsahariska Afrika har tillgång till elektricitet. Samtidigt ligger de Subsahariska länderna nära ekvatorn och får många soltimmar per dygn, vilket leder till en stor potential för solenergi. Den här rapporten syftar till att jämföra olika solcellssystems komponenter för användning i östra Afrika för att främja Ingenjörer Utan Gränsers arbete inom elektrifierings projekt i området. Jämförelsen kommer utföras med följande faktorer, ekonomi, anpassningsförmåga, skalning, miljöpåverkan och effektivitet, viktat i den ordningen. En simulation gjordes för en by i området av Nairobi där 20 hushåll skulle få tillgång till solenergi. Både Poly kristallina celler och tunnfilm CIGS simulerades där Poly kristallina celler var både kostnadseffektivast samt det plats effektivaste valet. Polykristallina celler var även konkluderades vara det fördelaktiga valet av de kristallina cellerna utefter de valda faktorerna. Bly-syra batterier var bäst lämpade för själv stående solcellssystem på landsbygden. Olika typer av bly-syra batterier kan användas beroende på områdets typologi. Fristående solcellssystem kan vara en lösning till ett ökat socioekonomisk välmående för samhällen på landsbygden.

Samhället går idag bort från centraliserad energi mot decentraliserade system. Istället för att köpa från stora företag som skapar el från fossila bränslen har många förnybara alternativ kommit. Eftersom konsumenter kan generera solenergi med solpaneler kan de också bli producenter. Detta skapar en stor marknad för handel av el mellan konsumenter i stället för företag. Detta skapar ett så kallat mikronät. Syftet med denna avhandling är att hitta en lösning för att köpa och sälja på dessa mikronät. Genom att använda en Q-learning-lösning med OpenAI Gym-verktygslådan och en mikronätsimulering syftar denna avhandling till att svara på följande frågor: I vilken utsträckning kan Qlearning användas för att köpa och sälja energi i ett mikrosystem, hur lång tid tar det köp och sälj algoritm för att träna och slutligen påverkar latens genomförbarheten av Q-learning för mikronät. För att svara på dessa frågor måste jag mäta latens och utbildningstid för Q-learninglösningen. En neural nätverkslösning skapades också för att jämföra med Q-learning-lösningen. Från dessa resultat kunde jag säga att en del av det inte var så tillförlitligt, men vissa slutsatser kunde fortfarande göras. För det första är den utsträckning som Q-learning kan användas för att köpa och sälja ganska bra om man bara tittar på noggrannhetsresultaten på 97%, men detta sitter på mikronätets simulering för att vara korrekt. Hur lång tid det tar att köpa och sälja algoritm för att träna uppmättes till cirka 12 sekunder. Latensen anses vara noll med Q-learning-lösningen, så den har stor genomförbarhet. Genom dessa frågor kan jag dra slutsatsen att en Q-learning OpenAI Gym-lösning är genomförbart. / Society is today moving away from centralized power towards decentralized systems. Instead of buying from large companies that create electricity from fossil fuels, many renewable alternatives have arrived. Since consumers can generate solar power with solar panels, they can also become the producers. This creates a large market for trading electricity between consumer instead of companies. This creates a so called microgrid. The purpose of this thesis is to find a solution to buying and selling on these microgrids. By using a Q-learning solution with the OpenAI Gym toolkit and a microgrid simulation this thesis aims to answer the following questions: To what extent can Q-learning be used to buy and sell energy in a microgrid system, how long does it take the buy and sell algorithm to train and finally does latency affect the feasibility of Q-learning for microgrids. To answer these questions, I must measure the latency and training time of the Q-learning solution. A neural network solution was also created to compare to the Q-learning solution. From these results I could tell some of it was not that reliable, but some conclusions could still be made. First, the extent that Q-learning can be used to buy and sell is quite great if just looking at the accuracy results of 97%, but this is on the microgrid simulation to be correct. How long it takes to buy and sell algorithm to train was measured to about 12 seconds. The latency is considered zero with the Q-learning solution, so it has great feasibility. Through these questions I can conclude that a Qlearning OpenAI Gym solution is a viable one.

Mikronät är ett självförsörjande elnät och används bland annat då elektriskaprodukter kräver en AC-spänning men inte har tillgång till huvudnätet. Målet idetta projekt är att dimensionera och analysera de olika delarna som ett mikronätbestår av, för att sedan konstruera och testa ifall den uppfyller kraven utifrånvissa specifikationer.Metoderna som används för att dimensionera och analysera mikronätet bestårfrämst av beräkningar och simuleringar samt konstruktion av enstaka kretsar.Mikronätet består av en AC-drive, ett lågpassfilter och trefastransformator.Mikronätet konstrueras med en varierbar frekvens mellan 45 och 65 Hz, samtomvandling av 540 VDC till 400 VAC.

Med mikronät åsyftas i denna rapport en sammankoppling av solcellsanläggningar som möjliggör delning av elektrisk energi. Målet med undersökningen var att ta reda på vilka förutsättningar som gör att det är fördelaktigt att bygga mikronät. Detta har gjorts genom att undersöka två tidigare fall där mikronät varit intressant och jämföra slutsatserna från dessa fall med resultaten och slutsatserna från en egen undersökning av Södra Hemlingby där mikronät övervägs. Undersökningen av Södra Hemlingby visar att mikronät i deras fall är lönsamt och att tak som troligtvis inte skulle användas till en enskild solcellsanläggning nu kan komma till användning för solceller. Genom att bygga mikronät skulle mängden inköpt el minska, CO2-utsläpp undvikas och eventuellt skulle en högre nivå av Miljöbyggnad kunna uppnås.  Undersökningen av Södra Hemlingby visar också att ett batteri både kan användas till att reducera effekttoppar och att öka egenanvändningsgraden. Vidare dras slutsatserna att bra förutsättningar för mikronät är vid nybyggnation, när grävarbete kan göras tillsammans med andra grävarbeten, när husen som är tänkta att anslutas står nära varandra, då komponenterna i eventuellt befintligt system är kompatibla med mikronätet och således inte behöver bytas ut, då det finns storanvändare av el i systemet, när elanvändningsprofilerna matchar elproduktionen samt då det finns möjlighet till en ordentlig ökning av egenanvändning. Bäst ekonomi uppnås med en storanvändare som är bra på att ta tillvara på produktionen från solpaneler som har ett högt energiutbyte. / The term microgrid in this report refers to a link-up between solar cell plants which make sharing of electrical energy possible. The aim of this survey was to examinate the pre-requisites that makes building of microgrids meaningful. This has been completed by analyzing two earlier cases where microgrids has been evaluated. The conclusions from these cases have been compared with the results and conclusions from an own made survey of Södra Hemlingby where microgrid is considered. The survey of Södra Hemlingby shows that a microgrid would be a profitable investment and that roofs that probably not would qualify for separate plants now was useful. By building a microgrid the amount of electricity from the power distribution grid would decrease, the carbon dioxide emissions would be avoided, and possibly a higher energy classification for the building would be achieved. The survey of Södra Hemlingby also shows that a battery storage could be used for either power reduction or for increasing the own usage rate. The conclusion about good pre-requisites is drawn to be new housing estate, when ditching could be coordinated with other works, short distances between houses in the system, when the components in a existing system is compatible with a microgrid and dont have to be exchanged, when there is a large consumer of electricity in the system, when the electric consumtion profiles matches the production and when there is room for a large increas in own used electricity. Best economy is reached when large consumer of electricity is utilizing the electricity from panels with a high energy exchange.

Planer finns till att bygga ett mikronät på Hemsön, i Härnösand. Denna studie syftar till att utreda möjligheter till detta och om möjligt identifiera var kostnadsbesparingar kan göras inför byggnationen och implementeringen av denna energigemenskap. Mikronätet kommer innefatta 18 tomter varvid sommarstugor förväntas byggas och enligt kontrakt även ska inkludera en produktionsanläggning för egenproducerad el, vilka förväntas bli solceller. En utredning har även gjorts för att finna svar på om energilagring via elfordon kan utnyttjas i stället för ett batterilager. Studien har funnit att denna typ av energilagring har potential att eliminera behovet av inköpt el under sommarmånader då solel produceras. Vidare har studien tydliggjort att implementering av detta mikronät ej tillåter en högre total produktion än 44,1 kW, vilket är betydligt lägre än först var väntat. Studiens resultat visar på att kabelskåpets impedans bör reduceras om högre produktion är önskat. Detta kräver vidare dialog med elnätsföretaget och en fortsatt utredning för detta är rekommenderat i framtiden. / Plans have arisen to build a micro grid in Hemsön, Härnösand. The purpose of this study is to evaluate possibilities for solutions and identify ways to save on costs during the building and implementation of the micro grid. The grid will contain 18 building plots where vacation homes may be built, which by contract shall include energy production assumingly solar panels. An investigation has also been conducted regarding if electric vehicles can be used for energy storage instead of batteries. During the study it has been found that energy storage through electric vehicles has the potential to eliminate the need to buy electricity during the summer months when solar power is produced. Furthermore, the study has shown that the maximum total production of solar power for the micro grid is 44,1 kW which is less than first expected. It has been found that the impedance needs to be reduced if a higher production is wanted. To resolute this, a dialogue needs to be held with the power supplier which is recommended going forward.