Fjärrvärmeledningar levereras i olika isoleringsserier, där ökat serienummer ger en tjockare isolering. För enkelrör, fjärrvärmeledning med ett medierör, finns det fyra olika serier, och för dubbelrör, fjärrvärmeledning med två medierör, finns tre olika serier. Med en tjockare isolering minskar värmeförlusterna i distributionsnätet, men investeringskostnaden för ledningarna ökar. Syftet med detta projekt har därför varit att utveckla och demonstrera en teknoekonomisk modell, i uppdrag åt Mälarenergi, som undersökte i vilken utsträckning som fjärrvärmeledningar ska isoleras i förhållande till kostnaden för värmeförluster och investeringskostnad för fjärrvärmeledningen. Målet var att genomföra en fallstudie på ledningar med dimension 150 mm, samt ta fram en allmän rekommendation där marginalkostnadens inverkan på den potentiella besparingen kontrollerades. Med marginalkostnaden menas kostnaden för värmeförluster i distributionsnätet av fjärrvärme. I fallstudien jämfördes olika fjärrvärmeledningar mot ett referensfall, för att identifiera ur en kostnadssynpunkt det bästa alternativet vid en nyinvestering. Detta utfördes genom att beräkna kostnaden för värmeförlusterna, med hjälp av marginalkostnaden, samt jämföra investeringskostnaderna för de olika fjärrvärmeledningarna. Genom att kontrollera skillnaden mellan detta identifierades då en potentiell besparing, eller förlust. I både fallstudien och allmän rekommendation användes enkelrör serie 1 som referens. Ur fallstudien syndes att alla typer av ledningar ger en besparing. Störst besparing ger dock dubbelrören, där dubbelrör serie 1 visar en besparing på 311 kSEK och dubbelrör serie 2 217 kSEK i jämförelse med enkelrör serie 1. Bland enkelrören visade kombinationen med serie 4 på framledning och serie 2 på returledning störst besparing, med 157 kSEK. Från fallstudien rekommenderades alltså dubbelrör serie 1. Det var inte det fall med minst värmeförluster, men förhållandet mellan investeringskostnaden och kostnaden för värmeförlusterna ledde till att dubbelrör serie 1 gjorde störst besparing vid DN150. I den allmänna rekommendationen undersöktes besparingar för samtliga dimensioner vid marginalkostnaderna 25, 50, 100 och 150 SEK/MWh. För marginalkostnaderna 25 och 50 SEK/MWh visade sig dubbelrör ge en större besparing än enkelrör för dimensionerna 25-150, medan för marginalkostnaderna 100 och 150 SEK/MWh sträckte det sig till dimension 200. Efter dimension 150 rekommenderades enkelrör serie 1 vid både marginalkostnaden 25 och 50 SEK/MWh. Detta eftersom ingen annan serie visade på besparing efter denna dimension. Dock så visade sig motsvarande dimension vara DN200 vid marginalkostnaden 100 SEK/MWh, och vid marginalkostnaden 150 SEK/MWh DN250. Detta ledde till att en högre isoleringsserie kunde rekommenderas i högre dimensioner för dessa marginalkostnader. Slutsatser från projektet var bland annat att det bästa alternativet för fjärrvärmeledningar i lägre dimensioner var dubbelrör. Utöver att ha en högre potentiell besparing i form av kostnad för värmeförluster, behöver inte installationskostnaden vara lika stor som den hos enkelrör. Detta eftersom endast en ledning behöver läggas, och inte två. Graven som ledningarna läggs i kan därför vara mindre. Ur den allmänna rekommendationen syndes det hur behovet av en högre isoleringsserie ökade med ökad marginalkostnad. Med en högre marginalkostnad blev värmeförlusterna dyrare, och det kan därför vara mer ekonomiskt hållbart att ha en dyrare investeringskostnad för att kunna sänka kostnaderna för värmeförlusterna. I Mälarenergis fall var dock marginalkostnaden låg, vilket berodde på förbränning av avfall. Detta ledde till att behovet av en hög isoleringsserie inte existerade för Mälarenergi. Marginalkostnaden visade sig även vara negativ under sommarmånaderna, vilket innebar att under dessa månader var det fördelaktigt att ha värmeförluster i distributionsnätet. / District heating pipes are produced in different insulation series, where an increased series number gives a thicker insulation. For single-pipes, district heating pipes with one medium pipe inside, there are four different series. For twin-pipes, district heating pipes with two medium pipes inside, there are three series. With a thicker insulation, the heating losses in the district heating network will decrease, but the investment cost will increase. Therefore, the purpose of this project was to develop and demonstrate a techno-economical model, on behalf of Mälarenergi, which examined how much a pipe should be insulated considering the cost of the heat losses, and the investment cost of the district heating pipes. The goal was to perform a case study on district heating pipes with a dimension of 150 mm, and to compile a general recommendation where the marginal costs impact on the potential savings was investigated. The marginal cost is the cost of the heat losses in the district heating network. In the case study, different district heating pipes was compared to a reference case to identify the best alternative to invest in, from an economical stand point. This was done by calculating the cost of the heat losses, dependent on the marginal cost, and to compare the investment costs for the different district heating pipes. By examining the difference between these, a potential saving or loss was identified.  In both the case study and the general recommendation, single-pipe series 1 was used as a reference case. From the case study, it was shown that all other types of pipes created a saving compared to single-pipe series 1. The biggest saving was from twin-pipe series 1, with 311 kSEK, followed by twin-pipe series 2, with 217 kSEK. Among the single-pipes, the combination of series 4 on the supply pipe with series 2 on the return pipe had the biggest saving with 157 kSEK. The recommended type of pipe in the case study was therefore twin-pipe series 1. It was not the case with the least amount of heat losses, but the relationship between the investment cost and the cost of the heat losses lead to twin-pipe series 1 being the case with the highest saving. In the general recommendation case, the savings for all dimensions was calculated at the marginal costs of 25, 50, 100 and 150 SEK/MWh. After dimension 150, single-pipe series 1 was recommended for the marginal costs of 25 and 50 SEK/MWh. This was because no other series showed a saving after this dimension. Although, the corresponding dimension was shown to be DN200 at the marginal cost of 100 SEK/MWh, and at 150 SEK/MWh DN250. This lead to the conclusion that a higher insulation series can be recommended in higher dimensions for these marginal costs. Conclusions from the project was that the best alternative in lower dimensions are twin-pipes. Not only because it showed a high potential saving regarding heat losses, but also because the installation cost of the pipe does not have to be as big as that of a single-pipe. This is because there is only one pipe that is installed in the ground, and not two. The pit in which the pipe is installed can therefore be smaller. From the general recommendation, it was shown that the need of a thicker insulation increased with an increased marginal cost. With a higher marginal cost, the cost of the heat losses was increasing, and it can therefore be more economical sustainable to have a more expensive investment cost in order to decrease the cost of the heat losses. However, in the case of Mälarenergi, the marginal cost was low because of incineration of municipal waste. This lead to the need of a higher insulation series in Mälarenergi's case was eliminated. The marginal cost has also shown to be negative during the summer months, which meant that during these months it was profitable to have heat losses in the district heating network.

To decrease global warming, bioenergy with carbon capture and storage (Bio-CCS) has been proposed as an effective and necessary tool. Combusting biomass and capturing carbon dioxide (CO2) from the same process results in net negative emissions, hence, reducing the concentration of CO2 in the atmosphere. The infrastructure around heat and power generation in Sweden has transformed to make use of biomass and waste. Bio-CCS has the potential to be a key factor in making the heat sector carbon negative and the Swedish energy system more sustainable. This study has assessed how Bio-CCS can practically be implemented in the Uppsala heat and power plant. In the assessment, three chemical absorption post-combustion carbon capture (CC) technologies were evaluated based on energy requirement, potential to reduce emissions and economics. They are the amine process, the chilled ammonia process (CAP) and the hot potassium carbonate process (HPC). The process of each technology was modelled by performing mass and energy balance calculations when implementing CC on the flue gas streams of the production units using biomass-based fuel at the plant. The modelling enabled finding specific heating, cooling and electricity requirements of the technologies. With this data it was possible to assess the potential emission reduction and CC cost for the different configurations assessed. A solution was proposed in how a CC technology can be integrated into the system of the Uppsala plant regarding land footprint, available heat supply to the process and possibilities for waste heat recovery. If heat recovery is not utilized the results show that the amine process is the most cost-effective technology when implemented on the flue gas stream of the waste blocks. When utilizing heat recovery to use waste heat to heat the district heating water, CAP becomes more cost-effective than the amine process. Further improvements can be achieved by combining flue gas streams of the waste blocks to increase the number of hours per year CC can be performed. The plant in Uppsala can then capture 200 000 tonne CO2 annually. The total cost of Bio-CCS will be approximately 900 SEK per tonne CO2 captured. / För att minska den globala uppvärmningen har infångning och lagring av koldioxid från förbränning av biomassa (Bio-CCS) föreslagits som ett effektivt och nödvändigt verktyg. Förbränning av biomassa och infångande av koldioxid från samma process leder till negativa nettoutsläpp, vilket minskar koncentrationen av koldioxid (CO2) i atmosfären. Infrastrukturen kring värme- och kraftproduktion i Sverige har omvandlats till att använda biomassa och avfall. Bio-CCS har potential att vara en nyckelfaktor för att göra värmesektorn koldioxidnegativ och det svenska energisystemet mer hållbart. Denna studie har analyserat hur Bio-CCS praktiskt kan implementeras i Uppsalas kraftvärmeverk. I analysen utvärderades tre infångningstekniker av typen kemisk absorption baserat på energibehov, potential att minska utsläpp och ekonomi. Teknikerna är aminprocessen, chilled ammonia process (CAP) och hot potassium carbonate process (HPC). Processen för varje teknik modellerades genom att utföra mass- och energibalansberäkningar vid infångning av CO2 från rökgasströmmarna producerade av produktionsenheterna som förbränner biomassa. Modelleringen gjorde det möjligt att hitta specifika värme-, kyl- och elbehov för teknikerna. Med dessa data var det möjligt att bedöma den potentiella utsläppsminskningen och kostnaden för infångning för de olika konfigurationer som har analyserats. En lösning föreslogs i hur en infångningsanläggning kan integreras i kraftvärmeverkets system när det gäller markanvändning, tillgänglig värmeförsörjning till processen och möjligheter till återvinning av spillvärme. Om värmeåtervinning inte utnyttjas visar resultaten att aminprocessen är den mest kostnadseffektiva tekniken när den implementeras på rökgasströmmen från avfallsblocken. När man använder värmeåtervinning för att använda spillvärme för att värma fjärrvärmevattnet blir CAP mer kostnadseffektivt än aminprocessen. Ytterligare förbättringar kan uppnås genom att kombinera rökgasströmmar från avfallsblocken för att öka antalet timmar per år infångning kan utföras. Anläggningen i Uppsala kan då årligen fånga 200 000 ton CO2. Den totala kostnaden för Bio-CCS kommer att vara cirka 900 SEK per ton infångad CO2.

Hard carbon is an important material for future fossil-free transport systems, as it is a popular choice for the production of anodes for sodium-ion batteries. Biomass is a popular carbonaceous raw material for making hard carbon. It was only noticed at first because it is a renewable energy source, but with the wide application of carbon materials in several fields, industrial manufacturing using biomass as raw material has also been studied a lot. Process simulation of biomass pyrolysis and carbonization to produce hard carbon, pyrolysis gas, and bio-oil are investigated in this thesis work. The model simulation is assumed based on the current operating data and previous literature review, where the first two models use heat exchangers, and the last case uses by-products to generate heat. Economic analysis based on operating expenses and total capital investment is given based on simulated results. The results show that the yield of hard carbon is about 17% under 1000kg/h biomass feedstock, and the economic performance of using heat exchangers is better than that of pyrolysis gas combustion to supply energy. The economic results and break-even point are used to calculate the minimum selling price, payback period, and sensitivity analysis. The calculated minimum selling price for hard carbon is about SEK 20/kg, which is within the range of the current market price, and the payback period is about 16 years. From the sensitivity analysis results, if electricity prices continue to rise, the economics of using cracked gas may become more significant. / Hårt kol är ett viktigt material för framtida fossilfria transportsystem, eftersom det är ett populärt val för tillverkning av anoder till natriumjonbatterier. Biomassa är en populär kolhaltig råvara för att tillverka hårt kol. Det märktes först bara för att det är en förnybar energikälla, men med den breda användningen av kolmaterial inom flera områden har även industriell tillverkning med biomassa som råvara studerats mycket. Processimulering av biomassa pyrolys och karbonisering för att producera hårt kol, pyrolysgas och bioolja undersöks i detta examensarbete. Modellsimuleringen antas baserat på nuvarande driftdata och tidigare litteraturgenomgång, där de två första modellerna använder värmeväxlare och det sista fallet använder biprodukter för att generera värme. Ekonomisk analys baserad på driftskostnader och totala kapitalinvesteringar ges utifrån simulerade resultat. Resultaten visar att utbytet av hårt kol är cirka 17 % under 1000 kg/h biomassaråvara, och den ekonomiska prestandan för att använda värmeväxlare är bättre än för pyrolysgas förbränning för att leverera energi. De ekonomiska resultaten och brytpunkten används för att beräkna lägsta försäljningspris, återbetalningstid och känslighetsanalys. Det beräknade lägsta försäljningspriset för hårt kol är cirka 20 kr/kg, vilket ligger inom intervallet för gällande marknadspris, och återbetalningstiden är cirka 16 år. Om elpriserna fortsätter att stiga från resultaten av känslighetsanalysen kan ekonomin med att använda krackad gas bli mer betydande.

En tredjedel av Kirunas stad är på väg att flyttas och med det kommer nya möjligheter för en utveckling av den nya stadsdelen. Kiruna stad vill bygga ett attraktivt och hållbart samhälle som utnyttjar ny teknik för en energi- och resurssmart stadsmiljö. Fjärde generationens fjärrvärme eller 4GDH som det oftast förkortas är ett koncept som tagits fram för att öka fjärrvärmens konkurrenskraft samt öka dess attraktivitet för kunder. Detta projekt har genomfört en utredning för 4GDH i ett område i nya Kiruna där värmeprofiler har tagits fram med hjälp av CFD-programmet Comsol och en teknoekonomisk analys har utförts där olika alternativ på 4GDH jämförs mot varandra och mot den traditionella fjärrvärmen som finns idag. En ny teknik har undersökts som benämns samförläggning vilket innebär att flera tekniker förläggs i samma schakt. I rapporten redovisas viktiga resultat från simuleringar över nätet i Comsol, där hastigheter, temperaturfall och termiska förluster tas fram för flera olika varianter på nätets dimensionering för att sedan jämföras för att hitta det bästa alternativet. Den teknoekonomiska analysen visar att 4GDH är att föredra framför traditionell fjärrvärme med en besparing på drygt 3 miljoner kronor sett över rörens livslängd på 50 år.

There is a need for alternative marine fuels and propulsion techniques in order to reduce the environmental and climate impacts of the transport sector, and meet the new Swedish climate targets of net zero emissions by 2045. There are several projects and studies on full electric ferries, while the option of hydrogen fuel cell-battery hybrids are not as well explored. This study assesses the prospects for three alternative fuels and propulsion techniques for a commuter ferry in Stockholm City. The fuels assessed are hydrogen (Fuel cellbattery hybrid/electric engine), electricity (Full battery/electric engine) and a biofuel (HVO/Internal combustion engine). Conventional diesel was included as benchmark. A multi-criteria decision analysis approach is employed in order to assess the fuel systems by estimated fuel performance and benchmarked input onthe relative criteria importance. The criteria cover economic, environmental, technical, and ultimately social aspects like availability and supply of fuel. The full battery solution was discarded due to excessive weight, but as only one charging solution was investigated it is recommended for further investigation. HVO performed best in an overall score comparing all fuel alternatives, but in a comparison between only fuel cell hybrid and HVO, including the availability criteria, the fuel cell hybrid system performed best. The analysis therefore supports the opportunity to implement fuel cell-battery hybrids onthis route. / Det finns ett behov av alternativa marina bränslen och framdrivningstekniker för att minska transportsektorns miljö- och klimatpåverkan, och för att uppfylla de nya svenska klimatmålen om att inte ha några nettoutsläpp till 2045. Det finns flera projekt och studier om fullt elektriska färjor, alternativet att använda bränslecellshybrider inte är däremot inte lika utforskat. Denna studie utvärderar möjligheterna för tre alternativa bränslen och framdrivningstekniker för implementering på Djurgårdsfärjan i Stockholm Stad. De utvärderade bränslena är vätgas (bränslecellshybrid / elmotor), elektricitet (full batterilösning / elmotor) och ett biobränsle (HVO / Förbränningsmotor). Konventionell diesel ingick som riktmärke för jämförelse. Analysen genomfördes för att bedöma och jämföra bränsleprestandan mellan de olika systemen. En beslutsgrundande multikriterieanalys (MKA) utfördes och jämfördes mot liknande studier där en analytisk hierarkisk process (AHP) utförts tillsammans med viktiga intressenter i den marina transportsektorn i Sverige. Kriterierna täcker ekonomiska, miljömässiga, tekniska och i slutändan sociala aspekter som tillgång till bränsle. Den fullständiga batterilösningen avfärdades på grund av för stor massa av energisystemet, men att eftersom endast ett laddningsalternativ undersöktes rekommenderas den för ytterligare analys. HVO presterade bäst i den övergripande poängen där alla bränslealternativ jämfördes. Hybridsystemet presterade dock bäst i en jämförelse mellan HVO och hybrid där kriterierna justerades till att inkludera tillgängligheten av bränslet. Resultatet visar att viktningen av den relativa betydelsen för de olika kriterierna har stor betydelse vid utvärdering av bränslealternativ. Analysen stöder därmed möjligheten att implementera bränslecellshybrid på denna linje.

To support the large­scale integration of renewables in electricity grids, power­to­X­to­power (P2X2P) systems have been proposed. These systems serve to increase the flexibility of thermal power plants while potentially providing both economic and environmental benefits by allowing power from the plant to be redirected into an electrolyzer and converted to a gaseous energy carrier. In this study, the feasibility of a P2X2P system consisting of a combined cycle gas turbine (CCGT) power plant coupled with a PEM electrolyzer in the Italian power sector has been investigated. A dynamic technoeconomic model has been developed for both hydrogen and ammonia­based systems together with a profit maximizing dispatch strategy for operation in both day­-ahead and balancing electricity markets. As a part of this, a PEM electrolyzer model was also developed and validated against experimental data. Notable technical improvements were observed as a consequence of the implementation of a P2X2P system in the form of avoided shutdowns and a more even power output. However, any economic and environmental benefits of such improvements were not observed as the addition of the P2X2P system led to a reduction in net present value as well as higher specific emissions of carbon dioxide. When the gaseous energy carrier was utilized as fuel in the CCGT, similar technical performances were achieved by the hydrogen­based and ammonia­based systems. Due to the increased investment cost demanded by the ammonia production process the hydrogen­based system thus seems most suitable for this setup. / För att möjliggöra en storskalig utbyggnad av förnyelsebar energi har power­to­X­to­power­system (P2X2P) föreslagits som en potentiell lösning. Genom att omdirigera electricitet från kraftverket till en elektrolysator och därmed omvandla denna till vätgas kan dessa system förbättra den tekniska flexibiliten hos värmekraftverk samtidigt som de har potential att medföra både ekonomiska och miljömässiga fördelar. Detta examensarbete har undersökt den tekno­ekonomiska potentialen hos ett P2X2P­system bestående av ett gaskombikraftverk i anslutning till en elektrolysator i det italienska kraftnätet. En dynamisk, tekno­ekonomisk modell av både vätgas­ och ammoniakbaserade P2X2P­system samt en vinstmaximerande kontrollstrategi har utvecklats. En modell över en PEMelektrolysator har även utvecklats och validerats gentemot experimentella data. Införandet av ett P2X2P­system till kraftverket påvisade en teknisk förbättringspotential genom ett minskat antal uppstarter samt en mer jämn uteffekt. Huruvida denna tekniska förbättring också medför ekonomisk and miljömässig förbättring eller ej kvarstår att påvisa. Detta då nuvärdet minskade samtidigt som koldioxidutsläppen per producerad kilowatttimme ökade vid införandet av P2X2P­systemet. Då den producerade energibäraren, i form av vätgas eller ammoniak, enbart användes för att ersätta fossilgas som bränsle i kraftverket påvisades marginell skillnad i presetanda mellan de två systemen. De större kostnaderna som medförs av ett ammoniak­baserat system pekar därför på att ett vätgas­baserat system vore att föredra under sådana förutsättningar.

In order to keep the Paris Agreement's goal of limiting global warming to well below 2°C, greenhouse gas emissions should be reduced. However, larger measures need to be implemented as it has been established that today's measures will not be enough. The Port of Gävle has plans to install a water electrolyser for hydrogen production of either Proton Exchange Membrane (PEM) or Alkaline Water Electrolysis(AWE). The size of the electrolyser will be approximately 10 MW and will have the capacity to produce 2,000 tons of fossil-free hydrogen per year that might supply 100 heavy trucks. However, it is currently cheaper with fossil hydrogen production. Therefore, an article review is conducted containing a calculation part where the purpose is to investigate the amount of by-products produced and whether they can be sold in other areas of use to make renewable hydrogen more economically competitive. Information for the study has been retrieved from databases, search engines, companies, authorities and individuals deemed relevant to the study. The by-products from the 10 MW electrolyser in the Port of Gävle have been compared with 1,5 MW and 17 MW electrolysers, then a sensitivity analysis has also beenperformed on the 10 MW electrolysers. The potentially generated heat depends on the type of electrolyser where AWE generates 77 MWh of residual heat per day and PEM potentially generates 67 MWh of residual heat per day. Furthermore, AWE needs 64 kWh of electricity to produce 1 kg of hydrogen while PEM needs 66,5 kWh of electricity per kg of hydrogen produced. Revenues from residual heat sales for AWE were estimated annually to approximately 7 million SEK and for PEM approximately 6 million SEK. For electrolysis-produced oxygen to compete with cryogenic oxygen, the price should not exceed 108 SEK/tonne. For the 10 MW electrolyser, oxygen sales are estimated to generate approximately 1,1 million SEK annually for both AWE and PEM. Total income for AWE will annually be just over 8,1 million SEK and 7.1million SEK annually for PEM. The AWE process is then preferable as it is more economically sustainable as the income from the by-products is 12% higher than PEM due to higher production of oxygen and greater generation of residual heat. / För att hålla Parisavtalets mål att begränsa den globala uppvärmningen till väl under 2°C bör utsläppen av växthusgaser minska. Däremot behöver större åtgärder genomföras då det har konstaterats att dagens åtgärder inte kommer att räcka. Gävle hamn har planer på att installera en vattenelektrolysör för vätgasproduktion av antingen Protonutbytesmembran (PEM) eller Alkalisk vattenelektrolys (AWE). Storleken på elektrolysören kommer vara ungefär 10 MW och har kapaciteten att producera 2000 ton fossilfri vätgas per år som kan försörja 100 tunga lastbilar. Dock är det i dagsläget billigare med fossil vätgasproduktion. Därför genomförs en litteraturstudie innehållande en beräkningsdel. Där syftet är att undersöka mängden biprodukter som produceras samt om de kan säljas inom andra områden för att göra förnyelsebar vätgas mer ekonomiskt konkurrenskraftig. Information för studien har hämtats från databaser, sökmotorer, företag, myndigheter och enskilda personer som ansetts relevanta för studien. Biprodukterna från 10 MW elektrolysören i Gävle hamn har jämförts med 1,5 MW och 17 MW elektrolysörer, sedan har även en känslighetsanalys utförts på elektrolysörerna. Potentialen att generera värme beror på typen av elektrolysör där AWE genererar 77 MWh restvärme per dygn och PEM genererar potentiellt 67 MWh restvärme per dygn. Vidare behöver AWE 64 kWh el för att producera 1 kg vätgas medan PEM behöver 66,5 kWh el per producerat kg vätgas. Intäkterna från restvärmeförsäljningen för AWE beräknades årligen till ungefär 7mnSEK och för PEM ungefär 6 mnSEK. För att elektrolysframställd syrgas ska kunna konkurrera med kryogent framställd syrgas bör inte priset övergå 108 SEK/ton. För 10 MW elektrolysören beräknas syrgasförsäljningen kunna inbringa omkring 1,1 mnSEK årligen både för AWE och PEM. Totala inkomsten för AWE blir drygt 8,1 mnSEK/år och 7,1 mnSEK/år för PEM. AWE processen är att föredra då den är mer ekonomiskt hållbar då inkomsten från biprodukterna är 12% högre än PEM på grund av högre produktion av syrgas samt större generering av restvärme.