Elektrifieringen av bilflottan sker i rasande takt. Även andra samhällssektorers efterfrågan på el väntas öka drastiskt under kommande decennier, vilket i kombination med en växande andel intermittenta energikällor trappar upp påfrestningarna på elnätet och ställer krav på anpassningar. En föreslagen dellösning till kraftsystemets kommande utmaningar är att utnyttja efterfrågeflexibiliteten i laddande elbilar genom att en aggregator styr ett stort antal elbilsladdare och säljer den sammanlagda kapaciteten på till exempel Svenska kraftnäts stödtjänstmarknader.  För att avgöra hur mycket flexibilitet som elbilsladdning kan bidra med behöver aggregatorn upprätta prognoser över hur mycket effekt som mest sannolikt finns tillgänglig vid en viss tidpunkt – en punktprognos – men också en uppskattning av vilken effektnivå man kan vara nästan säker på att utfallet överstiger – en kvantilprognos. I den här studien har en undersökning gjorts av hur prognosfelet förändras om gruppen av aggregerade elbilsladdare ökas, och hur mycket en aggregator på så sätt kan sänka sina marginaler vid försäljning av efterfrågeflexibiliteten för att med säkerhet kunna uppfylla sitt bud. Det gjordes genom att kvantifiera flexibiliteten för 1 000 destinationsladdare belägna vid huvudsakligen arbetsplatser, och genom att skala upp och ner datamängden genom slumpmässiga urval. För dessa grupper gjordes sedan probabilistiska prognoser av flexibiliteten med en rullande medelvärdes- och en ARIMA-modell. Utifrån prognoserna simulerades slutligen potentiella intäkter om aggregatorn skulle använda den flexibla kapaciteten för uppreglering till stödtjänsten FCR-D upp, vilket är en frekvensreserv som aktiveras vid störningar av nätfrekvensen.  Resultaten visar att en tiodubbling av antalet aggregerade elbilsladdare mer än halverar det relativa prognosfelet. De båda prognosmodellerna visade sig ha jämförbar precision, vilket talar för att använda sig av den rullande medelvärdesmetoden på grund av dess lägre komplexitet. Den ökade säkerheten i prognosen resulterade dessutom i högre intäkter per laddare.  De genomsnittliga intäkterna av att leverera flexibilitet från 1 000 aggregerade elbilsladdare till FCR-D uppgick till 6 900 kr per månad, eller 0,8 kr per session – siffror som troligen hade varit högre utan coronapandemins ökade hemarbete. En 99-procentig konfidensgrad för kvantilprognosen resulterade i en säkerhetsmarginal med varierande storlek, som i genomsnitt var runt 90 procent för 100 laddpunkter, 60 procent för 1 000 laddpunkter samt 30 procent för 10 000 laddpunkter. Mest flexibilitet fanns tillgänglig under vardagsförmiddagar då ungefär 600 kW fanns tillgängligt som mest för 1 000 laddpunkter.  Att döma av tio års nätfrekvensdata är den sammanlagda sannolikheten för att över 50 procent aktivering av FCR-D-budet skulle sammanfalla med att utfallet för den tillgängliga kapaciteten är en-på-hundra-låg i princip obefintlig – en gång på drygt 511 år. Att aggregatorn lägger sina bud utifrån en 99-procentig konfidensgrad kan alltså anses säkert. / The electrification of the car fleet is taking place at a frenetic pace. Additionally, demand for electricity from other sectors of the Swedish society is expected to grow considerably in the coming decades, which in combination with an increasing proportion of intermittent energy sources puts increasing pressure on the electrical grid and prompts a need to adapt to these changes. A proposed solution to part of the power system's upcoming challenges is to utilize the flexibility available from charging electric vehicles (EVs) by letting an aggregator control a large number of EV chargers and sell the extra capacity to, for example, Svenska kraftnät's balancing markets. To quantify how much flexibility charging EVs can contribute with, the aggregator needs to make forecasts of how much power that is most likely available at a given time – a point forecast – but also an estimate of what power level the aggregator almost certainly will exceed – a quantile forecast. In this study, an investigation has been made of how the forecast error changes if the amount of aggregated EV chargers is increased, and how much an aggregator can lower their margins when selling the flexibility to be able to deliver according to the bid with certainty. This was done by quantifying the flexibility of 1000 EV chargers located at mainly workplaces, and by scaling up and down the data through random sampling. For these groups, probabilistic forecasts of the flexibility were then made with a moving average forecast as well as an ARIMA model. Based on the forecasts, potential revenues were finally simulated for the case where the aggregator uses the available flexibility for up-regulation to the balancing market FCR-D up, which is a frequency containment reserve that is activated in the event of disturbances. The results show that a tenfold increase in the number of aggregated EV chargers more than halves the forecast error. The two forecast models proved to have comparable precision, which suggests that the moving average forecast is recommended due to its lower complexity compared to the ARIMA model. The increased precision in the forecasts also resulted in higher revenues per charger. The average income from delivering flexibility from 1000 aggregated electric car chargers to FCR-D amounted to SEK 6900 per month, or SEK 0.8 per session – figures that would probably have been higher without the corona pandemic's increased share of work done from home. A 99 percent confidence level for the quantile forecast resulted in a safety margin of varying size, which on average was around 90 percent for 100 chargers, 60 percent for 1000 chargers and 30 percent for 10,000 chargers. Most flexibility was shown to be available on weekday mornings when approximately 600 kW was available at most for 1000 chargers. By examining frequency data for the Nordic power grid from the past ten years, the joint probability that a more than 50 percent activation of the FCR-D bid would coincide with the outcome for the available capacity being one-in-a-hundred-low, was concluded to be nearly non-existent – likely only once in about 511 years. For the aggregator to place bids based on a 99 percent confidence level can thus be considered safe.

I takt med att Sveriges elsystem byggs ut och allt större andel elenergi kommer från förnybar och väderberoende elproduktion såsom vind, så ökar även behovet av stödtjänster som kan balansera frekvensen i elsystemet. Frekvensen i elsystemet fungerar som en indikator på om elsystemet är i balans och för att elsystemet ska vara i balans krävs att elproduktionen hela tiden motsvarar elanvändningen. Examensarbetet har utrett möjligheterna att leverera stödtjänster från en redan befintlig vindkraftpark och har även undersökt hur möjligheterna ser ut i framtiden i och med att marknaderna för stödtjänster utvecklas. I dagsläget finns fem olika frekvensreglerande stödtjänster i Sverige. Dessa är Fast frequency Reserve (FFR), Frequency Containment Reserve-Normal (FCR-N), Frequency Containment Reserve-Disturbance (FCR-D), automatic Frequency Restoration Reserve (aFRR) och manual Frequency Restoration Reserve (FRR). Dessa stödtjänster upphandlas av Svenska kraftnät för att upprätthålla balans mellan produktion och konsumtion i elsystemet. För varje stödtjänst finns olika krav och specifikationer som bland annat vilken frekvens som de aktiveras vid, hur lång tid aktiveringen får ta samt hur långt i förväg de upphandlas etcetera. I kontakt med sakkunniga och i litteratur så framgår det att det är möjligt att leverera någon typ av frekvenstjänst från de allra flesta vindparker. För att börja leverera stödtjänster krävs att vindturbinen har en effektomriktare, vilket de flesta vindkraftverk har i dagsläget. Därefter handlar det främst om program och mjukvaruinställningar i effektomriktaren. Annars fungerar det i stort sett som vanlig pitch-reglering av turbinerna. Inom detta projekt så har även driftdata från en verklig vindpark i Blaiken studerats, där tre olika testkörningar genomförts. I testkörningarna har man testat att styra produktionen från turbinerna genom att göra nedregleringar och uppregleringar för att dokumentera hur parken reagerar. Utifrån data från testkörningarna som jämförs med krav för olika stödtjänster kan slutsatser dras om att stödtjänsterna mFRR, aFRR samt FCR-N bör kunna levereras från Blaiken. De är stödtjänsterna med de mest generösa aktiveringstiderna. Resultatet visar även på möjligheter att jobba med parkstyrningssystemet för att förbättra parkens reglerförmåga och i bästa fall skulle detta kunna medföra att parken även klarar kraven för aktiveringstid av FCR-D.

As part of Sweden's goal of zero carbon dioxide emissions, renewable energy will play an increasingly important role in the future. A major change in the electrification of industries and the transport sector will lead to an ever-increasing need for electricity production. Modern electricity production in the form of solar energy and wind power brings new challenges for the Swedish electricity system. Electricity production and consumption must always be the same momentarily. This is so that the frequency can be controlled and kept at 50 Hz. As the Swedish electricity system is designed according to a frequency of 50 Hz, there are major consequences, such as power outages, if the frequency deviates from this for a longer period of time. The Swedish Transmission System Operator (TSO) is responsible for balancing the production and consumption to be on the same level at all time. To do so with weather dependent intermittent power sources that lacks natural inertia needs additional and external balancing assets. This report investigates the technical specifications needed for a balanced future Swedish energy system. This rapid regulation is a problem in today's system, but in this report it is assumed that the rapid regulation is not a problem in a future system, instead it is examined how large the need for regulation is when consumption is significantly higher than today, and when this increased consumption is covered by weather-dependent renewable energy. In this report, six different scenarios are modeled on how a future electricity system could be designed. These scenarios are based on Svenska Kraftnät's long-term market analysis, where different scenarios are based on different degrees of electrification and scaling of the respective producer. The different scenarios are modeled so that increased consumption is met with different scaling by the respective electricity producer. The production profile and the consumption profile are then compared in order to find how much the two deviates and for how long. This in order to find the technical specifications needed for external balancing assets in the different system designs. The results of the modeling show that what will be decisive in the future is the extent to which there is flexibility in both production and consumption. It shows that it will not be sustainable to only expand production, but this must also be met by consumption. This consumption can be energy storage or export, but as both storage and export are limited, there must also be an opportunity to control surplus production. The result shows how much flexibility is required for each specific future scenario, i.e. what maximum capacity must exist, as well as how sustainable this resource must be for the system to be stable. In the report there is one scenario were the system is optimized according to available balancing reserve, adjusted consumption profile and a large increase in consumption and weather dependent power sources. This leads to the need for a flexibility with a peak hour demand of 0,3 GW; duration time of 5 hours and a total capacity of 1,5 GWh. / Som en del i Sveriges mål om noll koldioxidutsläpp kommer förnybar kraft att spela en allt större roll i framtiden. En stor omställning inom elektrifiering av industrier samt inom transportsektorn kommer att medföra ett allt större behov av elproduktion. Den moderna elproduktionen i form av solenergi samt vindkraft medför nya utmaningar för det svenska elsystemet. Elproduktionen och konsumtionen måste momentant alltid vara densamma. Detta för att frekvensen skall kunna kontrolleras och hållas vid 50 Hz. Då det svenska elsystemet är dimensionerat efter en frekvens på 50. Hz innebär det stora konsekvenser om frekvensen avviker från detta under en längre tid. Svenska Transmissionssystemoperatören (TSO) ansvarar för att balansera produktion och förbrukning för att hela tiden vara på samma nivå. För att göra det med väderberoende intermittenta kraftkällor som saknar naturlig tröghet krävs ytterligare och externa balanseringstillgångar. Denna rapport undersöker de tekniska specifikationer som behövs för ett balanserat framtida svenskt energisystem. Denna snabba reglering är ett problem i dagens system, men i denna rapport antas det att den snabba regleringen inte är ett problem i ett framtida system, istället undersöks hur stort behovet är av reglering då konsumtionen är avsevärt högre än idag, och när detta ökade behov täcks av väderberoende förnybar energi. I denna rapport modelleras sex olika scenarier för hur ett framtida elsystem skulle kunna utformas. Dessa scenarier bygger på Svenska Kraftnäts långsiktiga marknadsanalys, där olika scenarier utgår från olika grader av elektrifiering och skalning av respektive producent. De olika scenarierna är modellerade så att ökad förbrukning möts med olika skalning av respektive elproducent. Produktionsprofilen och konsumtionsprofilen jämförs sedan för att ta reda på hur mycket de två avviker och hur länge. Detta för att hitta de tekniska specifikationer som behövs för externa balanseringstillgångar i de olika systemdesignerna. Resultaten av modelleringen visar att det som kommer att vara avgörande i framtiden är i vilken utsträckning det finns flexibilitet i både produktion och konsumtion. Det visar att det inte kommer att vara hållbart att bara utöka produktionen utan detta måste också mötas av konsumtion. Denna förbrukning kan vara energilagring eller export, men då både lagring och export är begränsad måste det också finnas möjlighet att styra överskottsproduktionen. Resultatet visar hur mycket flexibilitet som krävs för varje specifikt framtidsscenario, det vill säga vilken maximal kapacitet som måste finnas, samt hur hållbar denna resurs måste vara för att systemet ska vara stabilt. I rapporten finns ett scenario där systemet är optimerat efter tillgänglig balansreserv, justerad förbrukningsprofil och en stor ökning av förbrukningen och väderberoende kraftkällor. Detta leder till behovet av en flexibilitet med en maximal kapacitet på 0,3 GW; uthållighet på 5 timmar och en total kapacitet på 1,5 GWh.

Vätgas producerad från förnybar el har en stor potential att minska utsläppen från flera olika branscher. Detta genom att införa nya innovativa ändamål och även genom storskalig ersättning av vätgas som idagproduceras med fossila bränslen. Men för en storskalig förändring behöver kostnaden för förnybar vätgasproduktionsjunka. Förutom den generella teknikutveckling och storskalighetsfördelar finns det effektivasätt att bättre nyttja existerade teknik för att sänka kostnaden för vätgas mot slutkund. Exempel på detär försäljning av spillvärme från systemet till lokala fjärrvärmesystem samt nyttjandet av vätgassystemetför att agera på balansmarknader. Denna studie undersökte hur ett vätgassystem innehållandes elektrolysörer, lager, kompressor och gasturbinerkan utformaras och driftas för att på ett effektivt sätt agera på marknader för el och vätgas. Det gjordes genom att studera hur en anläggning kopplat till vindkraftsproduktion genom ett Power purchaseagreement (PPA) kan utformas och driftas för att tillgodose ett industriellt vätgasbehov. Stort fokus ladespå hur ett sådant system kunde nyttjas för att agera på balansmarknader genom att sälja stödtjänsteroch hur erbjudandet av stödtjänster påverkade resten av vätgassystemet. Fallstudien som genomfördes utgick från ett potentiellt vätgassystem i Helsingborg med två stora industriellakunder som ville skifta från nyttjandet av vätgas producerad genom ångreforming till vätgasproducerad genom elektrolys med förnybar el. Då mycket fokus i studien var på balansmarknader ochflexibilitet ansågs PEM-elektrolsyören var den bäst lämpade. Vidare valdes komprimerad vätgaslagringoch ett antal alternativ för vätgasturbiner. Då produktionen var kopplad till en intermittent energikällagjordes bedömningen att systemet skulle vara assisterat med möjligheten att handla el på dagenföre- ochintradagsmarknaden. Om all eltillförsel skulle ske från vindkraften hade lagret behövt vara orimligt stortför att säkerställa förmågan att klara leveranskrav under perioder med låg elproduktion. För att analyseradet valda systemet modellerades ett vätgassystem i Energy Optima 3, en programvara som nyttjar linjärprogrammering för totaloptimering av energisystem. För att undersöka hur dem olika komponenternaskulle dimensioneras gjordes ett antal helårsoptimeringar med tidsupplösning om en timme för att se hursystemet presterade med olika kombinationer av storlek på elektrolysör, lager samt typ av gasturbin. Vid värdering av vilken konfiguration som var mest lämpad användes den utjämnade vätgaskostnaden.Den konfiguration som bedömdes vara mest lämpad för det studerade fallet var en PEM-elektrolysör på 55MW, ett komprimerat lager som motsvarade 12 timmars behov från kunderna och en gasturbin på 24 MW.Den konfigurationen kunde under den studerade tidsperioden producera vätgas till en utjämnad kostnadpå 4,7 EUR/kg. Allmänt kan sägas att studien visade att agerande på balansmarknaden gav stor intäkterför systemet och hade en betydande påverkan på systemets lönsamhet. Försäljning av spillvärme hade idet studerade fallet inte en lika kritiskt påverkan på systemet då intäkter var betydligt lägre. En viktigtinsikt från studien var att värdet av att agera på dem olika marknaderna ofta ställdes mot varandradå deltagande på balansmarknaden ibland innebar att elektrolysören inte kunde nyttja all kapacitet.Samtidigt innebar uppbunden kapacitet på balansmarknaden att flexibiliteten i systemet inte kundenyttjas för att agera på intradagsmarkanden och/eller hantering av prognosfel från vindkraftsproduktion. Studien visade allmänt att utformning och prissättning av PPA har en avgörande roll i ett vätgassystemsgångbarhet. I studien användes ett pay-as-produced-avtal, vilket resulterade i att elektrolysören vid vissatillfällen hade underskott på el (och el från intradagsmarknaden behövde köpas in för att kompensera)och vid vissa tillfällen var det överskott på el (och el behövde säljas vidare på dagenföre- eller intradagsmarknaden.)Vidare bedömdes försäljning av vätgas med långsiktiga kontrakt vara det mest lämpadealternativet då det säkrar intäkter för vätgas producenter och tillgången på vätgas till för industrierna. / Hydrogen produced from renewable electricity has significant potential to reduce emissions in variousindustries, both through new innovative applications and as a large-scale replacement for hydrogen currentlyproduced using fossil fuels as a feed stock. However, in order for large scale adaptation of renewablehydrogen the costs associated with it must decrease. In addition to technological advancements and economiesof scale, there are effective ways to better utilize existing technology to lower the cost of hydrogenfor end user. Examples include selling excess heat from the system to local district heating networks ifthe location of the electrolyzer allows for it, as well as utilizing the hydrogen system to participate inbalancing markets. This study investigated how hydrogen systems containing electrolyzers, storage, compressors, and gasturbines can be designed and operated to effectively participate in electricity and hydrogen markets. Itwas done by studying how a facility connected to wind power production through a Power PurchaseAgreement (PPA) can be designed and operated to meet an industrial hydrogen demand. A major focuswas placed on how such a system could be utilized to participate in balancing markets by providingancillary services and how offering these services affected the rest of the hydrogen system. The case study was focused on a potential hydrogen system in Helsingborg with two large industrialcustomers interested in transitioning from steam reforming hydrogen production to electrolysis using renewableelectricity. As the study heavily emphasized balancing markets and flexibility, a PEM electrolyzerwas chosen over other technologies. Additionally, compressed hydrogen storage and several options forhydrogen gas turbines were selected. Since the production was linked to an intermittent energy source,it was assessed that the system would need to be supported by trading electricity on the day-ahead andintraday markets. If all electricity supply were to come from wind power, the hydrogen storage wouldhave to be unreasonably large to ensure the ability to meet delivery requirements during periods of lowelectricity production. To analyze the selected system, a hydrogen system was modeled using EnergyOptima 3, a software that utilizes linear programming for total optimization of energy systems. Severalyear-long optimizations with 1-hour resolution were performed to examine how the system performedwith different combinations of electrolyzer and storage sizes, as well as types of gas turbines. When evaluating which configuration was most suitable, the levelized cost of hydrogen (LCOH) was used.The configuration deemed most suitable for the studied case consisted of a 55 MW PEM electrolyzer,compressed storage equivalent to 12 hours of customer demand, and a 24 MW gas turbine. This configurationcould produce hydrogen at a levelized cost of 4.7 EUR/kg during the studied period. Overall,the study demonstrated that participating in the balancing market generated significant revenue for thesystem and had a substantial impact on its profitability. The sale of waste heat had a less critical effecton the system in the studied case, as the revenues were considerably lower. An important insight fromthe study was that the value of participating in different markets was often weighed against each other,as participating in the balancing market some times meant that the electrolyzer could not utilize itsfull capacity, while having tied-up capacity in the balancing market limited the system’s flexibility toparticipate in the intraday market and/or manage forecast errors related to wind power production. The study generally showed that the design and pricing of Power Purchase Agreements (PPAs) plays acrucial role in the viability of a hydrogen system. In the study, a pay-as-produced design was used, whichresulted in both electricity deficits and surpluses at certain times. Furthermore, selling hydrogen throughlong-term contracts was deemed the most suitable option for large industrial producers, as it ensuresrevenue for hydrogen producers and a stable supply of hydrogen for the industries.

Energy Storage Battery Systems (BESS) will have an important role in the transformation from conventional energy systems to the decentralized energy systems of the future with a larger share of renewable energy sources. At the same time, the high investment costs for batteries are a challenge to the development and transformation of the Swedish energy system. This study examines the technical and economic performance of a battery system in a case study, where it is connected to a waste vacuum machine with daily power peaks that are higher than the base demand. The purpose of the battery system is to combine it for peak shaving and for Svenska Kraftnät's market for grid services. This study also examines how a service-based business model, where the ownership of the battery is transferred to a third party, affects value proposition, value creation and value capture. The results from this study show that actual cost savings are realized through peak shaving as well as opportunities for revenue by offering the battery for grid services. Furthermore, scenario modeling shows on certain operational insights, that at a certain level of compensation for grid services, it is most profitable to perform as high peak shaving as possible. Offering the battery as a service is shown to provide additional benefits for customers and companies, while society and the environment benefit above all from the battery technology itself. / Stationära batterisystem (BESS) kommer ha en viktig roll i transformationen från konventionella energisystem till framtidens decentraliserade energisystem med större andel förnyelsebara energikällor. Samtidigt är de höga investeringskostnaderna för batterier ett hinder för utvecklingen och transformationen av det svenska energisystemet. Denna studie undersöker ett batterisystems tekniska och ekonomiska prestanda i en case studie, där det är kopplat till en sopsug med dagliga effekttoppar som är högre en basbehovet. Syftet med batterisystemet är att kombinera det för effektkapning och för Svenska Kraftnäts balansmarknad. Denna studie undersöker även hur en tjänstebaserad affärsmodell, där ägarskapet av batteriet flyttas till en tredje part påverkar värdeerbjudande, värdeskapande och värdefångst. Resultatet från denna studie visar att faktiska kostnadsbesparingar blir realiserade genom effektkapning samt möjligheter till intäkter genom att erbjuda batteriet för stödtjänster. Vidare visar scenariomodellering på vissa operationella insikter, att det till en viss nivå av ersättning för stödtjänster är det mest lönsamt att utföra så hög effektkapning som möjligt. Att erbjuda batteriet som tjänst visas ge ytterligare fördelar för kunder och företag, medan samhället och miljön gynnas framför allt av själva batteritekniken.

One of the biggest challenges of today is to mitigate climate change and adjust our way of living in accordance with sustainability. To reduce the climate impact of the transport sector the electrification of the road transport sector is commonly seen as having a key role to play. The rate of increase in number of electric cars has increased dramatically the recent years. Substantial electrification of the transport sector highlights the need of efficient integration of EVs with the electricity grid in order to handle the extra electricity demand. A potentia lway of efficiently integrating EVs to the grid could be to apply the concept of vehicle to grid (V2G). V2G simply means that the battery within an EV is seen as a storage component of the electricity grid that can be charged and discharged. Hence, in this thesis, the potential of V2G is explored. This thesis comprises of two parts. The first part investigates this potential impact of V2G in a future Swedish energy system. The second part investigates the optimized economic value, a car sharing company can achieve using different charging modes as well as the potential for participation in Swedish ancillary service markets. For the first part, the dispatch model EnergyPLAN was used to simulate a future energy system in Sweden in 2045. For the second part, an optimization model was designed using Python Optimization Modeling Objects (PYOMO) to optimize the charging and V2G usage of a car sharing fleet. Additionally, the battery degradation cost due to V2G was calculated as well as the potential income from participation in the FCR-D up and FCR-D down market. For both parts of the thesis different scenarios were developed. Scenarios with different electrification rate of the transport sector, V2G compatibility as well as different electricity production mix were considered for energy systems model of Sweden. For participation of shared cars in ancillary services market, scenarios related to different charging modes, rated charging power and the impact of including or excluding tax on sold electricity were created. While analysing the impact of V2G on Swedish energy system in future, it was observed that V2G has a marginal system impact on an annual basis, regardless of transport electrification rate, V2G compatibility and energy mix. The analysis of optimization algorithm for participation of shared pool of 255 cars resulted in economic savings when implementing smart charging and V2G. Due to battery degradation, the savings from integrating V2G in the system were marginal compared to the smart charging annual cost. For both the FCR-D up market and FCR-D down market, the revenue for participation was higher than electricity arbitrage through V2G. Both parts of the methodology, highlight the need for in centives inorder to make V2G an attractive business model and for electric cars to be able to provide flexibility services in a future Swedish energy system. / En av dagens största utmaningar är att begränsa klimatförändringarna och anpassa vårt sätt att leva i enlighet med hållbarhet. För att minska transportsektorns klimatpåverkan anses elektrifieringen av vägtransportsektorn allmänt ha en nyckelroll att spela. ökningstakten i antalet elbilar har ökat dramatiskt de senaste åren. En betydande elektrifiering av transportsektorn belyser behovet av en effektiv integrering av elfordon med elnätet för att hantera den extra efterfrågan på el. Ett potentiellt sätt att effektivt integrera elfordon i nätet skulle kunna vara att tillämpa begreppet fordon till nät (V2G). V2G innebär helt enkelt att batteriet i en elbil ses som en lagringskomponent i elnätet som kan laddas och laddas ur. Därför undersöks potentialen för V2G i detta examensarbete. Detta examensarbete består av två delar. Den första delen undersöker den potentiella påverkan av V2G i ett framtida svenskt energisystem. Den andra delen undersöker det optimerade ekonomiska värde som ett bildelningsföretag kan uppnå med olika laddningslägen samt potentialen för deltagande på svenska stödtjänstmarknader. För den första delen användes modeller-ingsverktyget EnergyPLAN för att simulera ett framtida energisystem i Sverige 2045. För den andra delen gjordes en optimeringsmodell med hjälp av Python Optimization Modeling Objects (PYOMO) för att optimera laddningen och V2G-användningen av en bildelningsflotta. Dessutom beräknades batterinedbrytningskostnaden på grund av V2G samt de potentiella intäkterna från deltagande på FCR-D upp och FCR-D ned-marknaden. För båda delarna av examensarbetet utvecklades olika scenarier. I den första delen jämförs scenarier med olika elektrifieringstakter inom transportsektorn, V2G-kompatibilitet samt olika elproduktionsmixar. För deltagande av bildelningsbilar på stödtjänstemarknader, skapades scenarion kopplat till olika laddningslägen, nominell laddningseffekt och effekterna av att inkludera eller exkludera skatt på såld el. Vid analys av V2G:s inverkan på det svenska energisystemet i framtiden observerades det att V2G har en marginell systempåverkan på årsbasis, oavsett transporteltrifikationshastighet, V2G-kompatibilitet och energimix. Analysen av optimeringsalgoritm för deltagande av delad bilpool med 255 bilar resulterade i ekonomiska besparingar vid implementering av smart laddning och V2G. På grund av batteriförsämring, blev besparingarna frĂĽn att integrera V2G i systemet marginella jämfört med den årliga kostnaden för smart laddning. För både FCR-D upp och FCR-D ned marknaderna var intäkterna för deltagande högre än el arbitrage genom V2G. Båda delarna av metodiken belyser behovet av incitament i för att göra V2G till en attraktiv affärsmodell och för att elbilar ska kunna tillhandahålla flexibilitetstjänster i ett framtida svenskt energisystem.

The need for ancillary services is on the rise due to the increasing share of weather-dependent power sources in the electric power system. This master thesis focuses on the Swedish FCR-D Up market. It is a national balancing market for transmission system operator’s procurement of the ancillary service called FCR-D Up, that is the up-regulating frequency containment reserve in case of system disturbances. The FCR-D Up market is undergoing significant changes to adapt to the changing electric power system, which may affect the current market dominance of hydropower suppliers due to the emergence of new suppliers and regulatory changes by the Swedish transmission system operator. This master thesis establishes a conceptual qualitative market development system model for price formation on the FCR-D Up market. The research question addressed is: "What FCR-D Up market developments and regulatory market changes on the supply and demand side respectively are expected in Sweden in the upcoming years, 2024-2026, and how will they affect the market prices?" The research was based on the theoretical concepts of system modeling and price formation, using Soft Systems Methodology. Data was collected from various sources and analysed using CATWOE analysis, Casual Loop Diagram, as well as supply and demand curve model theory. It was concluded that price-influencing market development and regulatory changes are focused on the supply side of the market. These include the market entry of new suppliers, transition to marginal pricing, new technical requirements for market participation and increasing value stacking opportunities for FCR-D Up suppliers on Nord Pool’s electricity markets and the other balancing markets. / Behovet av stödtjänster ökar på grund av den ökande andelen väderberoende kraftkällor i elkraftsystemet. Denna masteruppsats fokuserar på den svenska FCR-D Upp-marknaden. Det är en nationell balansmarknad för transmissionsnätsoperatörens upphandling av den stödtjänst som kallas FCR-D Upp, som är den uppreglerande frekvenskontrollreserven vid störningar i systemet. FCR-D Uppmarknaden genomgår betydande förändringar för att anpassas till det föränderliga elkraftsystemet, vilket kan påverka den nuvarande marknadsdominansen av vattenkraftsleverantörer på grund av tillkomst av nya leverantörer och regulativa marknadsförändringar av transmissionsnätsoperatören. Denna masteruppsats etablerar en konceptuell kvalitativ systemmodell för marknadsutveckling avseende prisbildning på FCR-D Upp-marknaden. Forskningsfrågan är: "Vilken utveckling av FCR-D Upp-marknaden och vilka regulatoriska marknadsförändringar på utbuds- respektive efterfrågesidan förväntas i Sverige under de kommande åren, 2024-2026, och hur kommer de att påverka marknadspriset?". Arbetet baserades på teoretiska koncept kring systemmodellering och prisbildning, med fokus på Soft Systems Methodology. Data samlades in från olika källor och analyserades med hjälp av CATWOE-analys, Casual Loop Diagram samt modellteori för utbuds- och efterfrågekurvor. Slutsatsen var att prisinfluerande marknadsutvecklingar och regulatoriska marknadsförändringar är inriktade på marknadens utbudssida. Det handlar bland annat om nya leverantörers inträde på marknaden, övergången till marginalprissättning, nya tekniska krav för marknadsdeltagande och ökande möjligheter till värdestapling för FCR-D Upp leverantörerpå Nord Pools elmarknader och de andra balansmarknaderna.

The Nordic power system is in a changing phase, with more power electronic interfaced connections, and HVDC connections to other synchronous areas, which impacts the frequency quality. This is a challenge for the transmission system operator of Sweden, Svenska Kraftnät, who, with the other Nordic transmission system operators, is responsible for the physical balancing of the Nordic power system. To ensure that the grid can maintain stable operation when power imbalances or a disturbance occur, the frequency quality is important to evaluate. According to the current measurement of frequency quality, minutes outside of the standard frequency band, the frequency quality in the Nordic power system has been deteriorating. The current measurement does not capture what impact the frequency quality and needs to be redefined, with more precise measurements, for Svenska Kraftnät to be able to take necessary actions to ensure stability of the power system. Therefore, the purpose of this project is to determine which key performance indices, KPIs, can be used to develop the definition of frequency quality, and which system parameters are captured by the different KPIs. This project is executed with simulations in Matlab/Simulink to determine the impact five system parameters have on 15 different KPIs, and the results from the simulations are validated with historical data. The results indicate that all system parameters can be captured with KPIs, but after validation with historical data only two system parameters, which correlated with four KPIs, were deemed to be valid. The amount of FCR-N energy activated can be captured with the standard deviation of frequency, frequency area, and number of FCR-D activations. The kinetic energy can be captured by the standard deviation of RoCoF. The KPIs are recommended to be used to identify, and measure, the impact of new technical requirements for frequency control, and how the frequency stability is impacted by changes in the system. The conclusion is that four key performance indices are recommended to improve the definition of frequency quality, and further research is recommended to further define the concept of frequency quality. / För tillfället sker stora förändringar i det nordiska elsystemet. Fler produktionsanläggningar och industrier ansluts med kraftelektronik och fler HVDC-anslutningar byggs till andra synkronområden, vilket har stor inverkan på frekvenskvalitén. Detta leder till nya utmaningar för det svenska transmissionsnätets systemansvariga myndighet, Svenska Kraftnät, som gemensamt med sina nordiska motsvarigheter är ansvariga för den fysiska balanseringen i det nordiska synkronområdet. Det är viktigt att kontinuerligt följa upp frekvenskvalitén i transmissionsnätet så att stabil drift kan garanteras både vid mindre obalanser eller i händelse av större störningar. Det nuvarande nyckeltalet för uppföljning av frekvenskvalité, minuter utanför normalbandet, indikerar att frekvenskvalitén i det nordiska synkronområdet har blir sämre de senaste åren. Det nuvarande nyckeltalet indikerar inte vad som påverkar frekvenskvalitén och behöver omdefinieras med mer precisa nyckeltal för att Svenska Kraftnät ska kunna vidta nödvändiga åtgärder för att garantera en stabil drift av transmissionnätet. Syftet med examensarbetet är att definiera nya nyckeltal för att beskriva frekvenskvalité samt undersöka vilka systemparametrar som fångas av de olika nyckeltalen. I detta projekt har simuleringar utförts i Matlab/Simulink för att bestämma den inverkan fem olika systemparametrar har på 15 olika nyckeltal. Resultaten från simuleringar valideras med historisk data. Resultaten från simuleringen indikerar att de fem systemparametrarna kan fångas av olika kombinationer av de föreslagna nyckeltalen, men efter validering med historisk data bedöms enbart två systemparametrar fångas av totalt fyra nyckeltal. Systemparametern aktiverad FCR-N energi fångas av tre nyckeltal: frekvensens standardavvikelse, frekvensarea och antal FCR-D-aktiveringar. Systemparametern kinetisk energi fångas av ett nyckeltal: frekvensderivatans standardavvikelse. De fyra identifierade nyckeltalen kan användas för att identifiera och mäta hur frekvenskvalitén påverkas av nya tekniska krav, samt hur frekvensstabilitet påverkas av förändringar i systemet. Slutsatsen för detta projekt är att fyra nya nyckeltal rekommenderas för att utveckla definitionen av frekvenskvalité. Vidare arbete rekommenderas för att kunna utveckla begreppet vidare.

In the countries willing to follow an energy transition towards decarbonization, a strong emphasis is put on electrification. Carbon-free power production tends to rely more on intermittent renewable energies, bringing many uncertainties on the electricity output to the grid. The transportation sector aims to reach a high penetration of electric vehicles (EVs) on the road to overcome its fossil fuels dependency, adding an important load to charge their batteries. The V2G technology intends to alleviate these new issues by allowing the fleet of EVs to act like a storage system for the grid. This concept was proven to be mature but requires more pilot projects to build a greater consensus. The energy community BRF Stenberg, under construction in Hudiksvall, is willing to integrate V2G in its energy system. In this paper a model of the energy system for the whole community is built. Different types of V2G application are simulated and compared to a baseline. The constraints are formulated as a quasi-linear optimisation, where the cost from electricity purchase is minimized. A direct DCDC connection between PV production and EV charging is investigated, as well as the impact on the degradation of the batteries. The results show that it is necessary to integrate frequency regulation services to build a profitable project. The DC connection does not bring a significant benefit to the system. The battery degradation is proven to be a critical parameter that must be accounted for in the design of the system. / I de länder som är villiga att följa en energiomställning mot en koldioxidfri utveckling läggs stor vikt vid elektrifiering. Kolfri elproduktion tenderar att vara mer beroende av intermittenta förnybara energikällor, vilket medför många osäkerhetsfaktorer i fråga om elproduktionen till elnätet. Transportsektorn strävar efter att uppnå en hög penetration av elfordon på vägarna för att övervinna sitt beroende av fossila bränslen, vilket ger en viktig belastning för att ladda deras batterier. V2G-tekniken syftar till att lindra dessa nya problem genom att låta fordonsflottan fungera som ett lagringssystem för nätet. Konceptet har visat sig vara moget men kräver fler pilotprojekt för att skapa ett större samförstånd. Energisamfälligheten BRF Stenberg, som håller på att byggas i Hudiksvall, är villigt att integrera V2G i sitt energisystem. I den här artikeln byggs en modell av energisystemet för hela Energisamfälligheten. Olika grader av V2G-tillämpning simuleras och jämförs med en baslinje. Begränsningarna formuleras som en kvasilinjär optimering, där kostnaden för elinköp minimeras. En direkt DC-DC-anslutning mellan solcellsproduktion och fordonsladdning undersöks, liksom effekten på batteriernas nedbrytning. Resultaten visar att det är nödvändigt att integrera frekvensregleringstjänster för att bygga ett lönsamt projekt. Likströmsförbindelsen ger inte någon betydande fördel för systemet. Batteridegraderingen visar sig vara en kritisk parameter som måste beaktas vid utformningen av systemet.