This thesis is divided in two sections. The first part consists of an interview study with 10 participants to investigate how the industry views the demand for energy storage and how it may develop in the future. Although some views differed, the study showed that a great responsibility lies on the existing hydropower. Batteries are believed to have the greatest potential as short-term storage. The participants agree that hydrogen could have great potential as a flexibility service. The future for Underground Pumped Hydro Energy Storage (UPHES) in Sweden have the participants divided but they seem to agree on the fact that the potential will depend on how price variations develop on the electricity market. Lastly, the industry agreed that a variety of energy storage technologies will be needed for the future energy system. The second part of the study is a deeper investigation into what energy deficit and demand for long-term energy storage (longer than 8 hours) might occur in the future and how UPHES may help shorten the longest deficits. To determine the need for energy storage, the scenario Electrification Renewable from a Svenska Kraftnät (Svk) report was chosen to represent the future energy system for year 2045. The result showed that depending on how the need for energy storage is defined, the amount of energy demand and therefore UPHES facilities, varied. If the need for energy storage was dimensioned regarding the average year it would result in 0,21 TWh of long-term energy deficits and 28 facilities would be enough to cover all of them. If the number of facilities was increased, the result showed a lower usage of all the facilities. However, if the need for energy storage was dimensioned regarding the ''worst case scenario'', the longest deficit out of 35 years, the energy demand in the long deficits was 14 TWh. If 28 facilities were used only 11 % of the energy demand in the long deficits would be covered. If the number of facilities increased, 172 facilities would cover 32 % of the energy demand in the long deficits and 1834 facilities would cover 60 %.

The United Nations’ Sustainable Development Goal 7 (SDG7) of Agenda 2030 calls for an increase in the use of renewable energy sources, among other targets. The percentage of fossil fuel-fired thermal generation for electricity is increasingly being reduced as renewable energy technologies (RET) advance in cost-competitiveness, and as greenhouse gas and industrial air pollutant emission limits become more stringent. In certain cases, renewable energy contributes to energy security by improving a nation’s trade balance, since local resources are harnessed and imports are reduced. RET investments are becoming more frequent gaining a sizeable share in the electric power mix of numerous countries. However, RET is affected by existing fossil fuel-fired electricity generation, especially in countries that have domestic reserves. While coal may be dirty, others such as natural gas provide multiple benefits, presenting a challenge to renewables. Additionally, RET endowment varies for each geographical location. This often does not correspond to the location of major electricity demand centers.  Therefore, large scale RET adoption and integration becomes logistically more cumbersome, as it necessitates existence of a developed grid network. Utilizing a series of analyses in two different settings – Africa and Cyprus – this thesis draws insights on RET growth policy and the level of technology representation in long term energy models. In order to capture specific challenges of RET integration, enhancements in traditional long-term energy system models are called for and carried out.  The case of Africa is used to assess adoption of RET under various trade scenarios. It is home to some of the world’s greatest RET resource potential and the single largest potential RET project, Grand Inga.  While, the island of Cyprus has goals of introducing large percentages of RET into its electric power mix. Each have important idiosyncrasies which are reflected in the analysis. On the one hand, natural gas competes with RET in Cyprus and forms a key transition fuel away from oil. On the other hand, lack of cross-border interconnectors limit RET project development across Africa. / <p>QC 20170519</p>

The thesis project outlined in this report aims to comprehensively assess and optimize methods for long-term power production estimation of hybrid PV-wind energy systems. Through practical case studies, this approach seeks to exemplify the challenges and opportunities inherent in such systems. The research is conducted within the Wind Technical Team of Akuo Energy, an independent French renewable energy producer, leveraging their extensive expertise in technologies, industry practices, and data processing. The primary objective is to evaluate the relevance of two key parameters used in Akuo’s internal estimation methods, focusing on their impact on long-term production and revenues within the context of hybrid PV-wind energy systems. These parameters include unavailability losses, modeled on an hourly basis using Markovian transition matrices, and interannual variability of resources, statistically modeled by randomly shuffling yearly production profiles of individual wind and solar plants. Python will be employed to generate hybrid production time series, incorporating the models for unavailability losses and interannual variability. This approach facilitates the creation of multiple scenarios for sensitivity analysis, allowing for the variation of parameters to compare the productivity and profitability of different scenarios. The study sheds light on the importance of employing realistic models to account for unavailability losses, revealing that simpler models tend to overestimate revenues from hybrid power plants systematically. Moreover, the research shows the impact of interannual variability of resources on both production and revenues, emphasizing the necessity of generating multiple scenarios to anticipate best and worst-case outcomes. Ultimately, the results of this study aim to assist the company on the necessity and relevance of using such models for calculating long-term production and revenues in future hybrid PV-wind projects, as opposed to current simpler methods. / Det avhandlingsprojekt som beskrivs i denna rapport syftar till att heltäckande utvärdera och optimera metoder för långsiktig kraftproduktionsestimering av hybrid PV-vindenergisystem. Genom praktiska fallstudier söker detta tillvägagångssätt att exemplifiera de utmaningar och möjligheter som är inneboende i sådana system. Forskningen utförs inom vindtekniska teamet på Akuo Energy, en oberoende fransk producent av förnybar energi, där man dra nytta av deras omfattande expertis inom teknik, branschpraxis och datahantering. Det primära målet är att utvärdera relevansen av två viktiga parametrar som används i Akuos interna estimeringsmetoder och fokuserar på deras påverkan på långsiktig produktion och intäkter inom ramen för hybrid PV-vindenergisystem. Dessa parametrar inkluderar otillgänglighetsförluster, modellerade på timbasis med hjälp av Markovska övergångsmatriser, och årlig variabilitet av resurser, statistiskt modellerade genom att slumpmässigt ordna årliga produktionsprofiler för enskilda vind- och solanläggningar. Python kommer att användas för att generera hybridproduktionsserier och inkludera modeller för otillgänglighetsförluster och årlig variabilitet. Detta tillvägagångssätt möjliggör skapandet av flera scenarier för känslighetsanalys, vilket gör det möjligt att variera parametrar för att jämföra produktiviteten och lönsamheten för olika scenarier. Studien belyser vikten av att använda realistiska modeller för att ta hänsyn till otillgänglighetsförluster och visar att enklare modeller tenderar att systematiskt överskatta intäkter från hybridkraftverk. Dessutom visar forskningen påverkan av årlig variabilitet av resurser på både produktion och intäkter och betonar nödvändigheten av att generera flera scenarier för att förutse bästa och sämsta fall. Slutligen syftar resultaten av denna studie till att bistå företaget när det gäller nödvändigheten och relevansen av att använda sådana modeller för att beräkna långsiktig produktion och intäkter i framtida hybrid PV-vindprojekt, jämfört med nuvarande enklare metoder.

This research delves into the complex interplay between wind turbine operations and bat conservation efforts, focusing on mitigating bat mortality caused by wind turbines in France. Despite comprehensive legal safeguards and conservation measures, bat fatalities remain a pressing concern, necessitating innovative solutions to reconcile environmental protection with energy production. The problem statement revolves around the challenge of optimising bat curtailment plans to minimise bat mortality while mitigating energy losses. With over 80% of bat species in France affected by wind turbine collisions, the urgency of this issue is underscored by the significant ecological implications and regulatory imperatives. Despite the existence of curtailment plans, there is a lack of comprehensive understanding regarding their effectiveness and potential trade-offs. This problem warrants a Master’s thesis project due to its multifaceted nature and practical implications. It requires a nuanced understanding of bat behaviours, wind turbine operations, and regulatory frameworks, making it both intellectually stimulating and socially relevant. Previous efforts have largely focused on static curtailment plans, leaving room for exploration of dynamic approaches and optimisation strategies. The methodology employed in this study involves the development of a Power BI tool and key performance indicators (KPIs) to evaluate different curtailment plans. Through comparative analysis, insights are gained into the efficacy of static versus dynamic curtailment plans, as well as the influence of weather conditions, such as rain, on curtailment decisions. Additionally, sensitivityanalysis is conducted to identify the most influential parameters and optimise curtailment plans accordingly. The key results of this study demonstrate the superiority of dynamic curtailment plans in reducing energy losses while maintaining sufficient protection for bat activity (higher than the 90% protection rate required by law) compared to static approaches (50% reduction in losses over an entire curtailment season). Insights gleaned from sensitivity analysis highlight the critical parameters influencing energy losses, informing targeted modifications to curtailment plans. Furthermore, the study underscores the importance of considering continuous variables, such as humidity, and site-specific factors, such as sunrise and sunset times, for more precise conservation strategies. The implications of this research extend beyond academia, informing policy-making and industry practices in wind energy and biodiversity conservation. By optimizing curtailment plans, stakeholders can achieve a balance between environmental protection and renewable energy generation, paving the way for sustainable development. Future research avenues include refining curtailment strategies based on continuous variables and conducting field studies to validate findings across diverse wind farm locations. / Denna forskning utforskar det komplexa samspel mellan vindkraftverkens drift och fladdermusbevarande insatser, med fokus på att mildra fladdermusdödlighet orsakad av vindkraftverk i Frankrike. Trots omfattande lagliga skydd och bevarandeåtgärder förblir fladdermusdödsfall ett påtagligt bekymmer, vilket kräver innovativa lösningar för att förena miljöskydd med energiproduktion. Problemformuleringen kretsar kring utmaningen att optimera fladdermusbegränsningsplaner för att minimera fladdermusdödlighet samtidigt som energiförluster mildras. Med över 80% av fladdermusarterna i Frankrike påverkade av kollisioner med vindkraftverk, understryks brådskan i detta ärende av dess betydande ekologiska konsekvenser och reglerande krav. Trots att begränsningsplaner existerar, finns det en brist på en heltäckande förståelse för deras effektivitet och potentiella avvägningar. Detta problem motiverar ett magisterprojekt på grund av dess mångfacetterade natur och praktiska konsekvenser. Det kräver en nyanserad förståelse för fladdermusars beteenden, vindkraftverks drift och reglerande ramar, vilket gör det både intellektuellt stimulerande och socialt relevant. Tidigare insatser har i stor utsträckning fokuserat på statiska begränsningsplaner och lämnat utrymme för utforskning av dynamiska tillvägagångssätt och optimeringsstrategier. Metoden som används i denna studie innefattar utvecklingen av ett Power BI-verktyg och nyckelprestationsindikatorer för att utvärdera olika begränsningsplaner. Genom jämförande analys får man insikter om effektiviteten hos statiska jämfört med dynamiska begränsningsplaner, samt påverkan av väderförhållanden, såsom regn, på begränsningsbeslut. Dessutom genomförs känslighetsanalys för att identifiera de mest inflytelserika parametrarna och optimera begränsningsplanerna därefter. De viktigaste resultaten av denna studie visar överlägsenheten hos dynamiska begränsningsplaner när det gäller att minska energiförluster samtidigt som tillräckligt skydd för fladdermusaktivitet bibehålls (högre än den 90% skyddsnivå som krävs enligt lag) jämfört med statiska metoder (50% minskning av förluster under en hel begränsningssäsong). Insikter från känslighetsanalysen belyser de kritiska parametrarna som påverkar energiförluster och ger vägledning för målinriktade modifieringar av begränsningsplaner. Dessutom betonar studien vikten av att beakta kontinuerliga variabler, såsom luftfuktighet, och platsspecifika faktorer, såsom soluppgångs- och solnedgångstider, för mer precisa bevarandestrategier. Denna forsknings betydelse sträcker sig bortom akademin och informerar beslutsfattande inom politik och branschpraxis inom vindenergi och biologisk mångfaldsbevarande. Genom att optimera begränsningsplaner kan intressenter uppnå en balans mellan miljöskydd och förnybar energiproduktion, vilket banar väg för hållbar utveckling. Framtida forskningsvägar inkluderar att förädla begränsningsstrategier baserade på kontinuerliga variabler och att genomföra fältstudier för att validera resultat på olika vindkraftsplatser.