This report is done as master thesis for the education mechanical engineering with emphasis on sustainable and innovative product development. The master thesis is done in collaboration with the company CTC which is a part of Enertech AB. The purpose of the project is to develop a new solution to their packaging of heat pumps. The methodology used to develop the new packaging is design thinking which keeps the stakeholders in focus during the whole project. The result for the new packaging is a solution based on corrugated board which is better in both a sustainable aspect, economically and overall handling of the product. The new packaging will remove the current possibility of stacking multiple heat pumps on top of each other. The new packaging will although be able to stack one pair of the outside module (EcoAir) to optimize transport capacity. The sustainability analysis is done using OpenLCA which is a free software and the analysis has been done on both the current packaging and the new packaging that is proposed during this project. The result from this life cycle assessments is that the new packaging will reduce environmental impact drastically. The new concept is also more cost efficient for the company as it will show that an investment of approximately 500 000 SEK will payoff in less than seven months with the newsolution. The new packaging can be seen as a good packaging solution for bigger products like these since there are multiple advantages to other types of packaging solutions. The new solution will be presented in the result chapter of this report with pictures of a prototype that was made during the project. The process of assembling the prototype to the heat pump is also described with both text and pictures. Background: In the background there will be some necessary information aboutthe project and about the tools that was used. The background will include someinformation about the current packaging as well. Objectives: The objectives for this thesis is to develop a new packaging for heatpumps. The new packaging will heavily rely on on sustainability and economics. Method: The methodology used for the project is a design thinking approach.Which is heavily focused on the different stakeholders. The method has many goodtools to promote new designs and innovations. Results: The result is a new packaging made out of corrugated board. The LCAindicated that the new packaging is more environmentally sustainable. The pay offcalculation displays a pay off time that translates into about six to seven months. Conclusions: The new packaging is a more resource efficient solution and the changewould be desirable as it would also result in a higher safety. To continue the work itwould need further testing as well as an extensive risk analysis. / Denna rapport är gjord som en master uppsats till utbildningen civilingenjör inom maskinteknik med inriktningen hållbar och innovativ produktutveckling. Arbetet är gjort i samarbete med CTC som är en del av Enertech AB. Syftet är att utveckla en ny lösning för att förpacka deras värmepumpar. Metoden som är vald för att genomföra projektet är Design thinking som genom hela projektet fokuserar på intressenterna som är relaterade. Resultatet av projektet är en lösning som är baserad på wellpapp som är mer hållbar, mer kostnadseffektiv och resulterar i en lättare hantering av produkten genom hela livscykeln. Det nya emballaget tar dock bort den nuvarande möjligheten att stapla många värmepumpar på varandra. Det kommer dock fortfarande gå att stapla utomhusmodulen (EcoAir) totalt två lager högt för att transporterna ska optimeras. Hållbarhetsanalysen är gjord med mjukvaran OpenLCA som är ett kostnadsfritt program och har använts tidigare i kurser på Blekinge tekniska högskola. Analysen resulterar i att det nya emballaget visar sig ha drastiskt mindre effekter på klimatförändringarna. Emballaget som denna rapport presenterar visar sig också vara mer kostnadseffektiv för Enertech och en investering på cirka 500 000 SEK kommer att vara återbetalad på under sju månader. Den nya lösningen presenteras i resultatdelen av denna rapport, där kommer även bilder på prototypen som gjordes finnas. Processen av en monteringa av emballaget är också beskrivet i både ord och bilder. Bakgrund: I bakgrunden kommer nödvändig information att presenteras, både för att kunna förstå projektet och verktygen som användes. Bakgrunden kommer även att ta upp information om det nuvarande emballaget för värmepumparna. Syfte: Syftet för detta projekt är att utveckla ett nytt emballage för värmepumpar. Det nya emballaget kommer ha mycket fokus på både miljöpåverkan och ekonomiska aspekter. Metod: Metodiken som anänds i detta projekt är ett design thinking tillvägagångssätt. Denna metodik fokuserar mycket på de olika intressenterna som är inblandade. Design thinking inkluderar flera verktyg för att främja nya idéer och tankesätt. Resultat: Resultatet för det nya emballaget är ett emballage som är tillverkat i wellpapp. Livscykelanalysen visar att det nya emballaget är mer hållbart ur en miljöaspekt. Enligt en payoff beräkning så väntas de nödvändiga investeringarnavara återbetalda efter sex till sju månader. Slutsatser: Det nya emballaget är mer resurseffektivt och ett skifte av emballage skulle vara önskvärt då det även skulle öka säkerheten för intressenterna. Framtida arbete för lösningen är fortsatta tester och en omfattande riskanalys.

The purpose of this project is to compare the two heating technologies, district heating and heat pumps. This report is written with the ultimate aim of supporting a private customer in the choice between two heating technologies. The report will analyse and compare the different heating technologies to provide heating to an average house in the Stockholm region, with a yearly energy need of 15 000 kWh for space heating. This report is divided into three parts – technology, economics and environment.In the technical part of the report, the efficiency levels of the different heating techniques will be analysed in conjunction with if the heat pump fulfils the house need of heating power. In the economic part of the report, cost estimations for an investment in both heating technologies are calculated, where the district heating system is assumed existing in the area. In the environmental part of the report, two subjects will be analysed: the climate impact and sustainable development. The climate impact will be analysed with a focus on the processing of fuel in a Combined Heat and Power system. The sustainable development analysis will focus on 20-20- 20-goals from the European Union. At the end of the report, the results are presented, together with a sensitivity analysis, a discussion, and a suggestion for future work.The results show that the selected heat pump model NIBE F2030-9 has a yearly energy need of 3800 kWh electrical energy, and a SCOP-factor of 3.69. The district heat system has a yearly energy need of 15 200 kWh district heating and 200 kWh electrical energy to the district heating central. The average yearly efficiency of the district heat central is 0.99 and the total efficiency amounts to 0.82. A yearly cost for heat pumps is 13 300 SEK, and for district heating 23 100 SEK. The yearly emission of carbon dioxide from heat pumps is calculated to vary between 100 kg and 1 300 kg depending on the selection of electricity supplier. For district heating the yearly emission of carbon dioxide is calculated to be 1 000 kg. / Denna rapport har som syfte att studera, jämföra och syna argumenten för två uppvärmningstekniker; fjärrvärme och värmepumpar. Detta för att kunna understödja och råda en privatkund vid valet. Jämförelsen och analysen kommer att ske för en medelstor villa i Stockholmsområdet, med ett årligt energibehov för uppvärmning på 15 000 kWh. Rapporten är uppdelad i tre delar - teknik, ekonomi och miljö.I den tekniska delen beräknas de olika uppvärmningsteknikernas energibehov, verkningsgrader och om värmepumpen uppfyller bostadens effektbehov. I den ekonomiska delen görs en kostnadskalkyl för nyinvestering av respektive uppvärmningsteknik, med ett fjärrvärmenät som antas vara redan utbyggt. I miljödelen behandlas två miljöfaktorer - klimatpåverkan och hållbar utveckling. Den första faktorn, klimatpåverkan, analyseras med fokus på bearbetningen av ett antal bränslen till el- och värmeproduktionssystemet. Den andra faktorn, hållbar utveckling, analyseras med fokus på hur aktörerna av fjärrvärme och värmepumpar jobbar för att uppnå EU:s 20-20-20-mål. I slutet av rapporten finns resultat inklusive känslighetsanalys, diskussion och förslag på framtida arbete.Resultatet visar att den utvalda värmepumpen NIBE F2030-9 har ett årligt energibehov på 3800 kWh i form av elenergi och en årsvärmefaktor, även kallad SCOP-faktor på 3,69. Fjärrvärmesystemet har i sin tur ett årligt energibehov på 15 200 kWh fjärrvärme för uppvärmning och 200 kWh elenergi till fjärrvärmecentralen. Den årliga medelverkningsgraden för fjärrvärmecentralen uppgår till 0,99 samtidigt som totalverkningsgraden uppgår till 0,82. En total årlig kostnad är för värmepump 13 300 SEK och för fjärrvärme 23 100 SEK. Det årliga utsläppet av koldioxid för värmepumpar beräknas variera mellan 100 kg och 1 300 kg beroende av val av elavtal, och för fjärrvärme beräknas det till 1000 kg.

Syftet med detta examensarbete har främst varit att förbättra inomhusklimatet i byggnaden Greenhouse, tillhörande företaget IVT Värmepumpar i Tranås. De anställda upplever problem med värme i byggnadens utbildningslokaler främst under sommarhalvåret. Tid har även lagts på att ta fram åtgärder som sänker byggnadens energianvändning i form av el och värme. Då examensarbetet utfördes under hösten användes ett simuleringsprogram för att få en bild av inomhusklimatet under sommarhalvåret. En modell av byggnaden byggdes upp i simulationsprogrammet, komplett med ventilations- och värmesystem. För att validera modellen som konstruerats utfördes flertalet mätningar under en veckas tid. Simuleringsmodellen kalibrerades sedan mot dessa mätningar för att efterlikna de verkliga förhållandena i så stor mån som möjligt. När modellen överrensstämde mot mätningarna utfördes simuleringar under sommarhalvåret för att få en bild över inomhusklimatet och för att påvisa eventuella problem. Två olika scenarier under sommaren konstruerades med olika värmelaster och tidscheman. Scenario 1 testade hur inomhusklimatet påverkades av en stor värmelast i bara en utbildningslokal och scenario 2 behandlade en relativt stor värmelast i alla utbildningslokaler. Resultatet från simuleringarna visade på problem med värme i lokalerna, dock inte i samma utsträckning som de anställda upplever. Efter analys av inomhusklimatet och ventilations- och värmesystem togs flertalet åtgärdsförslag fram. De flesta åtgärdsförslag implementerades i simuleringsmodellen för att se vilken potential åtgärden har och se deras effekt under sommarhalvåret. Åtgärdsförslagen har antingen som mål att förbättra inomhusklimatet eller sänka energianvändningen. Nedan i Tabell 1 presenteras dessa förslag (ej inkluderad här, se istället själva rapporten), vissa förslag har även en uppskattad besparingspotential för byggnadens värmebehov och ventilationsaggregatets elförbrukning per år. Då detta examensarbete eventuellt inte löser det värmeproblem som finns i byggnaden föreslås även vidare åtgärder som kan behöva vidtas för att komma närmare en lösning på problemet. / The purpose of this thesis has primarily been to improve the indoor climate in the building Greenhouse, belonging to the company IVT Värmepumpar in Tranås. The employees are experiencing problems with heat in the building's training facilities, specifically in the summer. An effort has also been made to develop measures that reduce building energy use in the form of electricity and heat. As the thesis was conducted during the autumn a simulation program was used to obtain a picture of the indoor climate during the summer. A model of the building was constructed in the simulation program, complete with ventilation and heating systems. To validate the model constructed, several measurements were taken during one week. The simulation model was calibrated against these measurements to mimic reality as much as possible. When the model was consistent with the measurements, simulations were performed in the summer to get a picture of the indoor climate and to detect any problems.   Two different scenarios during the summer were constructed with different heat loads and time schedules. Scenario 1 tested how the indoor climate was affected by a large heat load in only one training facility, and, scenario 2 tested how the indoor climate was affected by a relatively large heat load in all training facilities. The results from the simulations showed problems with heat in the premises, albeit not to the extent of the employees previously stated experience. After analysis of the indoor climate, ventilation and heating systems, several actions were proposed. Most of these actions were implemented in the simulation model to see their potential and their effects in the summer. These proposals are either committed to improving the indoor climate or to reduce energy usage. These proposals are presented in Table 1 below (not included here, see the actual report) ; some proposals also have an estimated savings potential for total heating and the air handling unit’s electricity usage per year. Since this thesis might not solve the heat problems in the building, this report also includes suggestions on measures that may be required to reach a solution to the problem.

Sala Silvergruva AB är ett av många företag som just nu kämpar med höga energi-kostnader. Denna rapport undersöker vilka möjligheter det finns att skapa ett hållbart energisystem i Sala Silvergruva med avseende på ekonomi, miljö samt sociala aspekter.   Rapporten undersöker nio tekniker; vindkraft, vattenkraft, solfångare, solceller, pelletspannor, värmepumpar, effektivisering samt lagring av värme från växthus respektive fjärrvärme. Dessa analyseras var för sig med utgångspunkt i tio krav som speglar hållbarhetsaspekterna. I samband med analysen ges rekommendationer angående investering i respektive energilösning. Rapporten mynnar ut i en resultatskarta där det tydligt framgår vilka krav de olika teknikerna uppfyller. Den följande diskussionen leder fram till en slutsats som presenterar vilka åtgärder som bör vidtas i syfte att skapa ett uthålligt energisystem för Sala Silvergruva AB.   Pelletspannor och värmepumpar visar sig i nuläget vara de mest uthålliga tekniklösningarna. På grund av husens ålder och egenskaper bör även energieffektiviserande investeringar göras. Eventuella investeringar beräknas vara återbetalda inom 1-5 år.   Det finns finansiella incitament för det lokala energiföretaget Sala-Heby Energi AB att bygga ett fjärrvärmelager i gruvan. En sådan lösning visar sig skapa nytta för såväl Sala Silvergruva AB som regionen i helhet. Återbetalningstiden för Sala-Heby Energi blir mellan 4 till 12 år vid en investering, beroende på lagerstorlek. / Sala Silvergruva AB is one of many companies currently struggling with high energy prices. This thesis examines what possibilities there are to create a sustainable energy system for Sala Silvergruva considering economics, environment and social aspects.   The report examines nine technologies; wind power, hydropower, solar capture, solar cells, pellet boilers, heat pumps, energy efficiency and storage of heat from greenhouses or district heating. These technologies are analyzed from ten different aspects representing the sustainability demands. In the analysis recommendations are given according investment to each technology. The thesis culminates in a result map which clearly indicates what requirements the various techniques fulfill. The following discussion will lead to a conclusion that present the steps to be taken in order to create a sustainable energy system for Sala Silvergruva AB.   Pellet boilers and heat pumps show to currently be the most resilient solutions. Due to the age and properties of the houses energy-efficiency investments should also be made. These investments are expected to be repaid in 1-5 years.   There are financial incentives for the local energy company Sala-Heby Energi AB to build storage for district heating water in the mine. Such a solution is found to create benefits for both the Sala Silvergruva AB region as a whole. Payback time for the investment is for Sala-Heby Energi AB between 4 to 12 years, depending on size of the storage.

The choice of heating system in new residential buildings has a significant effect onthe total life cycle-cost. Rising energy prices and tougher energy demands for newbuildings creates incentive for energy- and cost-efficient solutions. The purpose ofthis project is therefore to investigate how the choice and sizing of a heating systemin a building can be performed with focus on cost-efficiency. The project is conducted as a case study on a residential building during the buildingphase on behalf of INTEC Dalarna AB, a technical engineering company. The project aim is to answer the following questions: – What heating system of district heating, ground source heat pumps or air towater heat pumps is the most cost-effective for a new residential building inthe middle of Sweden? – Is there a specific combination of a heat pump of arbitrary size and peak heating system that is particularly advantageous for the building? – Is IDA ICE suitable for simulation of energy use in buildings with heatpumps? – Does high energy-efficiency also mean high cost-efficiency for the building? The questions will be answered with building simulation software IDA Indoor Climate and Energy along with capital budgeting. The capital budgeting will be performed with net present value and payoff period for the heat pumps over choosingdistrict heating. The results of the project show that a system with ground source heat pumps with acapacity of 50 percent of the annual peak heat demand and electricity for peak loadsis the most cost-efficient option for the building. However, the most energy efficient option is a ground source heat pump with a capacity of 50 percent of the annual peak heat demand with district heating for peak loads. The project also shows that IDA ICE is suitable for simulating the performance of heat pumps in buildings.The conclusion is that a smaller system of ground source is more cost-efficient forthe building, and that the most energy efficient option is not always equal to themost cost-efficient over time.

District cooling supply is vital for service, commercial and industrial sectors like hospitals, data centers, supermarkets and sensitive laboratory facilities. The main cooling demand in the case of Sweden also originates from these sectors. The cooling demand in Stockholm is expanding mainly because of demand for comfort cooling, and data centers are rising. To cover the existing cooling demand and rising cooling demand, different cooling strategies have to be employed for optimal production of cold. This project concerns the optimization of such a district cooling system with primarily cold storage. This is achieved by choosing a case study network, namely considering the district cooling network of Norrenergi AB, in Sweden. Norrenergi AB is a company involved in supplying district cooling for cold consumers situated around Solna and Sundbyberg regions. The company provides around 70 GWh district cooling per year. The sources for the district cooling supply are free cooling, electrically driven chillers, and cold recovery from heat pumps. Besides these cold sources, currently, the parts of the peak cold demand are shaved using cold storage that is more cost-effectively charged during night-time, adopting the concept of power-to-cold. In running the district cooling system operation, Norrenergi AB’s current electricity mix is 100% renewable. In this thesis work, the existing district cooling network of Norrenergi AB is modeled using BoFiT optimization software (which is the base scenario), and then four future scenarios are developed, considering new, additional cold storages. The scenarios developed were meant to further optimize the existing district cooling grid to cater to the same existing total demand. This is assessed by integrating respective cold storages having larger (i.e., 15 MW capacity) or smaller (i.e., two cold storages each with 3 MW capacity) into the existing district cooling grid. The 15 MW capacity cold storage is integrated into Sundbybergsverket (Scenario 1) and in Frösundaverket (Scenario 2). While, from the smaller cold storages, the first one is integrated into the system in a manner that it supplies cooling for selected cooling customers, that is Scenario 3. The second small cold storage integrated in a way that supplies cooling to the entire grid, which is Scenario 4. Similar to the existing cold storage, in developed scenarios as well, the power-to-cold concept is utilized by charging the cold storage during the time in which the electricity price is lower (i.e., at night). The key outcome of this thesis work reveals that all the developed scenarios lead to cost savings in terms of the consumed electricity for producing DC. The achieved cost saving from each of the four scenarios developed are 23%, 4%, 13%, and 14%, respectively. Among all these scenarios, the first scenario has led to the largest cutback of DC production cost and impliesthat incorporating larger cold storages in cooling production plants results in higher savings. A performed sensitivity analysis also implies that increasing the supply capacity of free cooling results in production cost savings. Besides, an increased cooling capacity by 30% with respect to the base scenario results in a 10.6% cost saving. This saving infers that it is good to utilize free cooling as far as there is an opportunity to increase the use of free cooling. / Tillgången på kyla är i dag avgörande för service, kommersiella och industriella sektorer som sjukhus, serverhallar, kontor, stormarknader och känsliga laboratorieanläggningar. Den huvudsakliga efterfrågan på kyla i Sverige härstammar också från dessa sektorer. Kylbehovet i Stockholm expanderar främst på grund av efterfrågan på komfortkyla och serverhallar stiger. För att täcka det befintliga kylbehovet och den stigande efterfrågan på kyla, kan olika strategier användas för att uppnå en optimal production av kyla. Detta projekt handlar om optimering av ett fjärrkylsystem med kyllager. Detta har genomförts genom en fallstudie baserad på Norrenergis fjärrkylanät i Sverige. Norrenergi AB är ett företag som bl.a levererar fjärrkyla till kunder i Solna och Sundbyberg. Bolaget levererar cirka 70 GWh fjärrkyla per år, med hjälp av frikyla, kylmaskiner och värmepumpar. Förutom ovannämnda produktion används ett fjärrkyllager för att leverera fjärrkyla och jämna ut lasten över dygnet, och detta laddas när behovet av fjärrkyla är lägre. Elen som används för att producera Norrenergis fjärrkyla är helt förnybar. I detta examensarbete har Norrenergis befintliga fjärrkylanät modellerats med hjälp av BoFiT optimeringsprogram och sedan har fyra framtida scenarion utvecklats, med nya, distribuerade kyllager. De scenarierna som utvecklades var tänkta att ytterligare optimera det befintliga fjärrkylanätet, för att tillgodose samma befintliga totala efterfrågan. Detta bedöms genom att integrera kyllager av olika kapacitet i befintligt fjärrkylanät - ett större 15 MW lager eller två kyllager om vadera 3 MW kapacitet. Ett 15 MW fjärrkyllager integreras i Sundbybergsverket (scenario 1) och i Frösundaverket (scenario 2). De mindre fjärrkyllagren integreras i systemet så att kylning levereras till utvalda kunder (scenario 3). I scenario 4 integreras de mindre lagren så att kylning levereras till hela nätet. Precis som med det existerande kyllagret, ska dessa nya lager i de olika scenariona laddas under natten då elpriset är lägre, därav namnet kraftkyla. De viktigaste resultaten ur detta examensarbete visade att alla utvecklade scenarion ledde till kostnadsbesparingar med hänsyn till elförbrukningen. De uppnådda kostnadsbesparingarna från de fyra scenariona var 23%, 4%, 13% respektive 14%. Bland alla scenarier, leder det första scenariot den största besparingen av produktionskostnaden och medför att integrering av kyllager vid produktionsanläggningarna resulterar i högre besparingar. Den känslighetsanalys som genomfördes innebar också att en ökning av leveranskapaciteten för frikyla leder till besparingar i produktionskostnaderna. En ökad frikylkapacitet med 30% med avseende på basscenariot resulterade i 1% kostnadsbesparing. Denna kostnadsbesparing visar också att det är bra att använda frikyla så länge möjligheten finns att öka användandet av frikyla.

Sweden has goals to reach net-zero emissions by 2045. Although electricity sector is almost fossil free, industry & transport still rely on fossil fuels. Ambitious initiatives such as HYBRIT, growth of EV market & expansion of wind power aim to expedite emission reduction. Decarbonization of transport, industry and large-scale wind & solar PV integration in the future necessitates studying energy system of Sweden at national scale in the context of sector coupling, external transmission & storage technologies. Therefore, this study aims to evaluate the impact of thermal energy storage, hydrogen storage and batteries via Power-to-heat & Power-to-hydrogen strategies in the future Swedish energy system (2045) with high proportions of wind power. Two scenarios SWE_2045 & NFF_2045 were formulated to represent two distinct energy systems of the future. The SWE_2045 energy system still relies on fossil fuels, but to a lower extent compared to 2019 level and has increased levels of electrification and biofuels in the transport and industrial sectors. In comparison, the fossil fuels are completely removed in NFF_2045 and the industrial sector has significant demand for electrolytic hydrogen. Both the scenarios were simulated using EnergyPLAN, a deterministic energy system model, under each storage technology. The results indicate that HPs coupled with TES has the potential to increase wind integration from 29.12% to 31.8% in SWE_2045 and 26.78% to 29.17% in NFF_2045. HP & TES also reduces heat production from boilers by 67% to 72% depending on the scenario, leading to overall reduction in total fuel and annual costs by at least 2.5% and 0.5% respectively. However, for wind integration of 31.1% in SWE_2045 the annual cost increases by 5.1% with hydrogen storage compared to TES. However, hydrogen storage shows better performance in NFF_2045, wherein the wind integration increases from 26.78% to 29.3%. Furthermore, increasing hydrogen storage for a lower wind capacity (60 GW) in NFF_2045 reduces both electricity import and export while simultaneously increasing the contribution of storage in fulfilling the hydrogen demand from 1.62% to 6.2%. Compared to TES and HS, the contribution of battery storage is minimal in sector integration. For increase in wind integration of 28% to 29%, the annual cost of a system with battery storage is 1.3% to 2% higher than that of the system with TES and hydrogen storage respectively. Therefore, HPs coupled with TES can improve flexibility in both scenarios. Hydrogen storage is not a promising option if the end goal is only to store excess electricity, as shown by the results in SWE_2045. However, it demonstrates better utilization in terms of wind integration, reduction in electricity import and export when there is a considerable demand for hydrogen, as in the case of NFF_2045. / Sverige ligger i framkant när det gäller avkarbonisering och har mål att nå nettonollutsläpp till 2045. Även om elsektorn är nästan fossilfri, är industri och transport fortfarande beroende av fossila bränslen. Ambitiösa initiativ som Hydrogen Breakthrough Ironmaking Technology (HYBRIT), tillväxt av elbilsmarknaden och expansion av vindkraft syftar till att påskynda utsläppsminskningar. Dekarbonisering av transport, industri och storskalig vind- och solcellsintegrering i framtiden kräver att man studerar Sveriges energisystem i nationell skala i samband med sektorskoppling, extern transmissions- och lagringsteknik.  Därför syftar denna studie till att bestämma effekten av termisk energilagring, vätelagring och batterier via Power-to-heat & Power-to-hydrogen-strategier i det framtida svenska energisystemet (2045) med höga andelar vindkraft. Två scenarier SWE_2045 & NFF_2045 formulerades för att representera två distinkta framtidens energisystem. Energisystemet SWE_2045 är fortfarande beroende av fossila bränslen, men i lägre utsträckning jämfört med 2019 års nivå och har ökat nivåerna av elektrifiering och biobränslen inom transport- och industrisektorn. Som jämförelse är de fossila bränslena helt borttagna i NFF_2045-scenariot där transportsektorn endast är beroende av el och biobränslen, medan industrisektorn har en betydande efterfrågan på elektrolytiskt väte. Båda energisystemen simuleras med EnergyPLAN, en deterministisk energisystemmodell, för olika testfall under varje lagringsteknik. Resultatet av simuleringen bedömdes i termer av kritisk överskottselproduktion, potential för ytterligare vindintegration, total bränslebalans i systemet och årliga kostnader.  Resultatet indikerar att värmepumpar i kombination med termisk energilagring kan förbättra flexibiliteten i båda scenarierna genom att minska den kritiska överskottselproduktionen och bränsleförbrukningen samtidigt som vindintegrationen förbättras. Vätgaslagring är inget lovande alternativ om målet är att endast lagra överskottsel, vilket framgår av vindintegrationsnivåerna i SWE_2045. Det förbättrar dock vindintegration och tillförlitlighet avsevärt när det finns en betydande efterfrågan på vätgas i NFF_2045. Som jämförelse är batteriernas bidrag till vindintegration minimalt i båda scenarierna i samband med sektorintegration på grund av utnyttjandet av överskottsel av värmepumpar och extern överföring av restel. Valet av lagringsteknik i framtiden beror dock på dess tekniska ekonomiska utveckling och energipolitik.

Currently, more than half of all Swedish single-family houses have an installed heat pump and more heat is supplied by heat pumps in Sweden than in any other nation. Despite the enormous impact of heat pumps on the Swedish energy system, the transition towards their use has gone relatively unnoticed. Hence the title of this thesis, ‘A silent revolution’. This thesis provides an in-depth study of the Swedish transition towards heat pumps and how Swedish industries contributed to it. It approaches the topic from the perspective of value networks and ‘coopetition’, combined with the concept of complementarities. This approach has been inspired by the work of Verna Allee (2009) and Erik Dahmén (1991). In this thesis, value networks are networks of actors surrounding a specific business model, coopetition is used to describe the relationships between actors (as both competitive and cooperative), and the concept of complementarities is used to analyze the dynamics between synergistic elements and value networks in Sweden’s heat pump sector and energy system. Based on this approach, the thesis explains how a durable web of relations and interdependencies between complementarities has developed within the heat pump sector and the energy system in Sweden, and between the two, during the country’s transition to widespread use of heat pumps. Interest in heat pumps arose in Sweden and other parts of Europe during the 1970s. The Swedish energy system had been caught between international oil crises and national political mobilisation against nuclear power expansion. In this period of negative transformation pressure, the heat pump appeared as a promising alternative that could mitigate the use of oil and electricity for heating. In the 1970s, an early Swedish heat pump industry formed together with a growing heat pump market. A large number of diverse actors became involved in the Swedish heat pump sector, and the intense coopetition dynamics relating to heat pumps following the 1970s oil crisis contributed to durable connections between complementarities during the early stages of the transition. The 1980s saw a rapid expansion of large heat pumps in Swedish district heating facilities. In the mid-1980s, however, oil prices dropped back to their previous low levels. This change, combined with other factors, such as lifted subsidies and higher interest rates, created a crisis for Swedish heat pump industry. The industry underwent a 10-year period of low sales of small heat pumps and the market for large heat pumps died out and never returned. Nevertheless, several connections between heat pump–related complementarities remained in Sweden after the mid-1980s. In conjunction with value network reconfigurations, changes in company ownerships and governmental industry support, these complementarities helped the Swedish heat pump sector to maintain both production and service capacity. Due to developments that took place largely outside the heat pump manufacturing sector, by the mid-1990s it became possible for the struggling Swedish industry to offer more reliable and standardised heat pumps to the Swedish home heating market. During the years after 1995, the Swedish heat pump market grew to become the biggest in Europe. The industry’s early development and growth gave Swedish companies a comparative advantage over its European competitors, with the result that the manufacturing of heat pumps remained concentrated to Swedish-based manufacturing facilities even after the Swedish heat pump industry became internationalised after 2005. As of 2015, Sweden had the greatest amount of heat production from heat pumps per capita of any European nation, and many heat pump markets in other European countries are 10 to 20 years behind the Swedish market in development. This thesis shows how the Swedish heat pump industry has co-evolved with the market and how developments in the industry contributed towards causing the transition to heat pumps to occur so early in Sweden relative to other European markets. It also shows that coopetition dynamics in a socio-technical transition change with the emergence and characteristics of structural tensions between complementarities, which has implications for the strategic management of external relations and partnerships during socio-technical transitions. It further argues that the combination of the value network, coopetition, and complementarity concepts can be conceptualised for descriptive and exploratory studies on the role of firms and industries in socio-technical transitions, thereby offering a complement to existing dominant frameworks in the area of transition studies. / För närvarande har mer än hälften av alla svenska husägare en installerad värmepump. Värmepumpar levererar mer värme per capita i Sverige än i något annat land. Men trots värmepumparnas stora genomslag i det svenska energisystemet har övergången från olja och el till värmepumpar gått relativt obemärkt förbi. Därav titeln på denna avhandling, ”en tyst revolution”. Denna avhandling ger en djupgående beskrivning av den svenska övergången från olja och el till värmepumpar och av hur den svenska industrin bidragit till utvecklingen inom det svenska värmepumps- området. Forskningsansatsen i denna avhandling bygger på ett värdenätverks- och ’coopetition’-perspektiv i kombination med användningen av det dynamiska analytiska begreppet komplementaritet. Denna ansats är inspirerad av Verna Allees (2009) och Erik Dahméns (1991) arbeten. Begreppet värdenätverk används i denna avhandling för att beskriva det nätverk av aktörer som omger en specifik affärsmodell, begreppet ’coopetition’ används för att beskriva relationerna mellan aktörer (som både konkurrerande och samarbetande) och begreppet komplementaritet används för att analysera dynamiken mellan synergistiska delar och värdenätverk i den svenska värmepumpsektorn och det svenska energisystemet. Genom detta tillvägagångssätt beskrivs hur ett hållbart nät av relationer och ömsesidiga beroenden mellan komplementariteter har utvecklats, dels inom själva värmepumps- sektorn, dels mellan värmepumpssektorn och energisystemet i Sverige, under den svenska övergången mot ökad användning av värmepumpar. Intresset för värmepumpar steg i både Europa och Sverige under 1970- talet. Det svenska energisystemet var under tryck från både internationella oljekriser och nationell politisk mobilisering mot svensk kärnkrafts-utbyggnad. Under denna period när det svenska energisystemet var under negativt omvandlingstryck framstod värmepumpen som ett lovande alternativ som skulle kunna minska användningen av både olja och el för uppvärmning i Sverige. På 1970- talet bildades en svensk värmepumpindustri i samband med en växande värmepumpsmarknad. Ett stort antal aktörer av olika typer engagerade sig i den växande svenska värmepumpsektorn under denna period. Den intensiva samarbetsdynamiken kring värmepumpar som följde oljekrisen från 1970-talet bidrog till bildandet av varaktiga kopplingar mellan komplementariteter under denna tidiga fas i värmepumpsövergången. Under tidigt 1980-tal steg den relativa försäljningen av villavärmepumpar kraftigt och under mitten av 1980- talet skedde en ännu kraftigare utveckling av stora värmepumpar i svenska fjärrvärmeanläggningar. Men i mitten av 1980-talet sjönk oljepriset tillbaka till sina tidigare låga nivåer. I kombination med andra faktorer, så som slopade subventioner och höjd ränta, uppstod en kris för värmepumpar i Sverige. Den följande 10-års perioden karakteriserades av låg försäljning av små värmepumpar. Marknaden för stora värmepumpar försvann helt och skulle aldrig återkomma. Men flera kopplingar mellan värmepumpsrelaterade komplementarier kvarstod i Sverige även efter mitten av 1980-talet. I kombination med värdenätverkskonfigurationer, förändringar i företagsägande och statligt stöd till industrin, bidrog dessa hållbara kopplingar mellan komplementarier till att upprätthålla både produktion och servicefunktioner inom den svenska värmepumpsektorn. På grund av den tekniska utvecklingen, som i stor utsträckning skedde utanför tillverkningssektorn, blev det i mitten av 1990-talet möjligt för den kämpande svenska värmepumpsindustrin att erbjuda mer pålitliga och standardiserade villavärmepumpar till den svenska hemmamarknaden. Under åren efter 1995 växte den svenska värmepumpmarknaden till att bli den största i Europa. Den svenska marknadens och industrins utveckling och tillväxt gav svenska företag en relativ fördel gentemot sina eftersläntrande europeiska konkurrenter, med följden att tillverkningen av värmepumpar förblev koncentrerad till svenska anläggningar även efter det att en stor del av svensk värmepumpsindustri blivit uppköpt av utländska företag efter 2005. År 2015 var Sverige fortfarande det land med mest värme från värmepumpar per capita i Europa och den svenska utvecklingen var 10- 20 år före andra europeiska värmepumpmarknader. Denna avhandling beskriver samutvecklingen mellan den svenska värmepumpssektorn och det svenska energisystemet och hur den industriella utvecklingen bidragit till att den svenska övergången till värmepumpar var relativt tidig i jämförelse med andra europeiska marknader. Avhandlingen visar också att aktörsdynamiken i en socio- teknisk övergång förändras med uppkomsten av strukturella spänningar mellan komplementariteter, vilket har betydelse för hur externa relationer och partnerskap hanteras av företag och organisationer som genomgår omfattande socio-tekniska övergångar. Vidare argumenteras för att begreppen värdenätverk, coopetition, och komplementariteter kan kombineras i ett konceptuellt ramverk för att beskriva och analysera företags och industriers roller i omfattande socio-tekniska övergångar och därigenom komplettera nuvarande dominerande konceptuella ramverk för studier av omfattande socio-tekniska övergångar. / <p>QC 20171023</p>

Trafikverket operates about 12000 Switches and crossings (SnCs) of which 6800 are equipped with an electrical heating system of 10−30kW power to keep SnCs functional throughout the winters by keeping them free of Snow/Ice. The energy consumption is approximately 200−130GWh/year costing approximately 10−15 million Euros annually. Electricity demand is continuously rising in Sweden and if coupled with unpredictable events can highly impact the grid energy mix and electricity prices which can lead to a higher operating carbon footprint &amp; expenses. This master thesis work is developed through a couple of research programs to investigate the power usage in wayside objects. Currently, work is in progress to make the wayside objects ‘smart’ so that they can operate fully autonomously with two objectives to reduce the overall power consumption and obtain it from local energy resources. Mathematical modeling of unsteady close contact melting of rectangular Ice/Snow blocks of different volumes on the horizontal surfaces has been solved using numerical methods to calculate the melting time and power requirement. A parametric study has been done for various sizes, and initial &amp; hot surface temperatures. Further, using ANSYS Fluent, CFD simulations have been performed to calculate the heat transfer rate from the Rail body for various combinations of heat source &amp; ambient temperature, and wind speeds. These results shall help to devise a control strategy for the dynamic power supply which can help to optimize the power consumption. Finally, evaluating the renewable resources potential; ground source heat pumps using borehole U-pipes appear to be the best option which can drastically reduce the electricity requirement for the optimized heating power requirement. Most of Sweden has granite bedrock which is one of the reasons for the successful deployment of heat pumps. It’s definitely worth expanding its usage in other sectors as well like Railways. / Trafikverket driver cirka 12 000 spårväxlar och spårkorsningar varav 6 800 är utrustade med ett elektriskt värmesystem på 10 - 30kW effekt för att hålla växlar och korsningar funktionella under hela vintrarna genom att hålla dem fria från snö/is. Energiförbrukningen är cirka 200-130 GW h/år och kostar cirka 10-15 miljoner euro per år. Efterfrågan på el ökar kontinuerligt i Sverige och kan i kombination med oförutsägbara händelser i hög grad påverka nätets energimix och elpris vilket i sin tur kan leda till ett högre koldioxidavtryck och högre driftskostnader. Detta examensarbete utvecklades genom ett par forskningsprogram med fokus på strömförbrukningen i järnvägssystemet. Just nu pågår ett arbete med att göra järnvägssystemet "smart" så att det kan fungera helt automatiskt med två mål: att minska den totala energiförbrukningen och få den från lokala energiresurser. Kontaktsmältning av rektangulärt is/snö-block av olika volymer på horisontella ytor har lösts med hjälp av numeriska metoder för att beräkna smälttid och effektbehov. En parametrisk studie har gjorts för olika storlekar och initiala och varma yttemperaturer. Vidare, med hjälp av ANSYS Fluent, har CFD-simuleringar utförts för att beräkna värmeöverföringshastighet från järnvägsspåret för olika kombinationer av värmekälla och omgivning temperatur och vindhastigheter. Dessa resultat ska bidra till att utforma en styrstrategi för den dynamiska strömförsörjningen som kan bidra till att optimera strömförbrukningen. Slutligen, för att utvärdera potentialen för förnybara resurser, verkar bergvärmepumpar som använder borrhåls U-rör vara det bästa alternativet som drastiskt kan minska elbehovet för det optimerade värmeeffektbehovet. Större delen av Sverige har berggrund av granit vilket är en av anledningarna till den framgångsrika utbyggnaden av värmepumpar. Det är definitivt värt att utöka användningen i andra sektorer också som järnvägar.