Techno-economic Appraisal of Concentrating Solar Power Systems (CSP)

The diffusion of Concentrating Solar Power Systems (CSP) systems is currently taking place at a much slower pace than photovoltaic (PV) power systems. This is mainly because of the higher present cost of the solar thermal power plants, but also for the time that is needed in order to build them. Though economic attractiveness of different Concentrating technologies varies, still PV power dominates the market. The price of CSP is expected to drop significantly in the near future and wide spread installation of them will follow. The main aim of this project is the creation of different relevant case studies on solar thermal power generation and a comparison betwwen them. The purpose of this detailed comparison is the techno-economic appraisal of a number of CSP systems and the understanding of their behaviour under various boundary conditions. The CSP technologies which will be examined are the Parabolic Trough, the Molten Salt Power Tower, the Linear Fresnel Mirrors and the Dish Stirling. These systems will be appropriatly sized and simulated. All of the simulations aim in the optimization of the particular system. This includes two main issues. The first is the achievement of the lowest possible levelized cost of electricity and the second is the maximization of the annual energy output (kWh). The project also aims in the specification of these factors which affect more the results and more specifically, in what they contribute to the cost reduction or the power generation. Also, photovoltaic systems will be simulated under same boundary conditions to facolitate a comparison between the PV and the CSP systems. Last but not leats, there will be a determination of the system which performs better in each case study.

The value of a saved tree : The lifecycle of CO2-emissions associated with the combination of printing paper and electricity production of wood in the U.S. and Sweden

The pulp- and paper production is a very energy intensive industry sector. Both Sweden and the U.S. are major pulpandpaper producers. This report examines the energy and the CO2-emission connected with the pulp- and paperindustry for the two countries from a lifecycle perspective.New technologies make it possible to increase the electricity production in the integrated pulp- andpaper mill through black liquor gasification and a combined cycle (BLGCC). That way, the mill canproduce excess electricity, which can be sold and replace electricity produced in power plants. In thisprocess the by-products that are formed at the pulp-making process is used as fuel to produce electricity.In pulp- and paper mills today the technology for generating energy from the by-product in aTomlinson boiler is not as efficient as it could be compared to the BLGCC technology. Scenarios havebeen designed to investigate the results from using the BLGCC technique using a life cycle analysis.Two scenarios are being represented by a 1994 mill in the U.S. and a 1994 mill in Sweden.The scenariosare based on the average energy intensity of pulp- and paper mills as operating in 1994 in the U.S.and Sweden respectively. The two other scenarios are constituted by a »reference mill« in the U.S. andSweden using state-of-the-art technology. We investigate the impact of varying recycling rates and totalenergy use and CO2-emissions from the production of printing and writing paper. To economize withthe wood and that way save trees, we can use the trees that are replaced by recycling in a biomassgasification combined cycle (BIGCC) to produce electricity in a power station. This produces extra electricitywith a lower CO2 intensity than electricity generated by, for example, coal-fired power plants.The lifecycle analysis in this thesis also includes the use of waste treatment in the paper lifecycle. Both Sweden and theU.S. are countries that recycle paper. Still there is a lot of paper waste, this paper is a part of the countries municipalsolid waste (MSW). A lot of the MSW is landfilled, but parts of it are incinerated to extract electricity. The thesis hasdesigned special scenarios for the use of MSW in the lifecycle analysis.This report is studying and comparing two different countries and two different efficiencies on theBLGCC in four different scenarios. This gives a wide survey and points to essential parameters to specificallyreflect on, when making assumptions in a lifecycle analysis. The report shows that there arethree key parameters that have to be carefully considered when making a lifecycle analysis of wood inan energy and CO2-emission perspective in the pulp- and paper mill in the U.S. and in Sweden. First,there is the energy efficiency in the pulp- and paper mill, then the efficiency of the BLGCC and last theCO2 intensity of the electricity displaced by BIGCC or BLGCC generatedelectricity. It also show that with the current technology that we havetoday, it is possible to produce CO2 free paper with a waste paper amountup to 30%. The thesis discusses the system boundaries and the assumptions.Further and more detailed research, including amongst others thesystem boundaries and forestry, is recommended for more specificanswers.

Vindkraft i Dalarna : Från acceptans och lokalisering till planering och eftertanke

This thesis examines prerequisites for wind power diffusion in a county in Sweden that quite recently was concidered to be of interest for electricty production from renewable energy sources. Three different municipalities: Falun, Mora and Orsa in the county of Dalarna are highlighted.  Their view on permitting processes of wind power installations are investigated. Other actors, such as exploiters and local citizens are also being analysed. This study shows that the local acceptance was very high when the first wind power parks were built, much thanks to local politicians and local citizens. For the politicians the wind power symbolised a key to a better green society, for the local citizens the wind power meant some economical advantages. The first wind power parks were localised to areas because of good wind conditions and social factors, especially from local communities. However, results from this study shows that the acceptance for wind power the last few years, in generel, has decreased.  The local authorities have also been conscious of some negative consequenses from already built wind power parks.  As a response they started to add planning tools to the permitting process.

Fjärrvärmedrivna vitvaror : Erfarenheter från utveckling, installationer och kostnadsberäkningar

Värmedrivna vitvaror eller HWC-maskiner som de kallas av tillverkaren värms med varmt vatten från en cirkulerande krets via en värmeväxlare inbyggd i maskinen, till skillnad från konventionella maskiner som värms med el. Denna teknik skall inte förväxlas med maskiner som är anslutna till varmvattenledningen och fylls på med varmt vatten och som därmed begränsas till disk- och tvätt. Syftet med fjärrvärmedrivna vitvaror är alltså att använda fjärrvärme, som har lägre kvalitet och pris än elenergi för uppvärmning och torkning och på så sätt spara el och utöka fjärrvärmeunderlaget. En jämförelse av koldioxidutsläpp och primärenergianvändning mellan konventionella vitvaror och fjärrvärmedrivna vitvaror visar att både koldioxidutsläpp och primärenergianvändning blir lägre för fjärrvärmedrivna vitvaror om biobränsle anses koldioxidneutralt och den el som ersätts är producerad i kolkraftverk eller gaskombikraftverk.   Denna rapport beskriver utveckling och kommersialisering av värmedrivna vitvaror (disk- och tvättmaskiner samt torktumlare och torkskåp) och hur de kan anslutas mot fjärrvärmesystem i olika systemlösningar. Dessutom har de energimässiga och ekonomiska förutsättningarna för tekniken undersökts. Erfarenheterna från fältprovning är dock mycket begränsade, eftersom de byggen där fälttesterna skulle ske försenades. Under 2013 färdigställs ett flerbostadshus med värmedrivna vitvaror i 160 lägenheter i Västerås.   De utvecklade maskinernas värmeanvändning som andel av total energianvändning vid 60 graders framledningstemperatur har uppmätts till ca 50 % för diskmaskinen, 67 % för tvättmaskinen, 80 % för torktumlaren och 93 % för torkskåpet. I det studerade flerbostadshuset av passivhusstandard uppgår lasten från värmedrivna vitvaror komfortgolvvärme och handdukstorkar till upp mot 30 % av husets totala värmeanvändning. För småhus är motsvarande siffra upp mot 20 %. Att använda fjärrvärme istället för elvärme till dessa installationer som normalt är elvärmda kan allts minska elbehovet betydligt i lågenergibebyggelse vilket också minskar både koldioxidutsläppen och primärenergianvändningen.   Ekonomiska analyser har genomförts för två olika systemkoncept (separat vitvarukrets och Västeråsmodellen) för nybyggda småhusområden och flerfamiljshus där fjärrvärme inte bara används till vitvaror utan också till handdukstorkar och komfortgolvvärme. De ekonomiska analyserna visar att Västeråsmodellen är den mest ekonomiskt intressanta systemlösningen med värmedrivna vitvaror, handdukstork och komfortgolvvärme. I flerfamiljshus kan den vara konkurrenskraftig mot de elvärmda alternativen (konventionellt system med eldrivna vitvaror, komfortgolvvärme och handdukstorkar) om prisskillnaden mellan el och fjärrvärme är större än 0,7 kr/kWh. En parameterstudie visar att kapitalkostnaden blir ganska hög jämfört med energikostnaden, vilket betyder att lång livslängd och många cykler är viktigt för att förbättra de ekonomiska förutsättningarna för värmedrivna vitvaror. För passiva småhus blir kostnaden för Västeråsmodellen med värmedrivna vitvaror, handdukstork och komfortgolvvärme likvärdig med de elvärmda alternativen vid energiprisskillnader på 0,7 kr/kWh inklusive moms, medan det krävs prisskillnader på 0,9 kr/kWh inklusive moms för normalisolerade småhusområden.   Sammanfattningsvis kan sägas att i kommuner med ett konkurrenskraftigt fjärrvärmepris finns det viss lönsamhet för hela konceptet enligt Västeråsmodellen med värmedrivna vitvaror, komfortgolvvärme, och handdukstorkar. Om man däremot ser på konkurrensen för enskilda vitvaror är det främst torktumlaren som är konkurrenskraftig i bostäder. Målpriset på 1000 kr extra för värmedrift har inte kunnat uppnås inom projektet för diskmaskiner och tvättmaskiner. Det krävs lägre priser och låga anslutningskostnader för att räkna hem diskmaskinen och tvättmaskinen som enskilda komponenter.   Värmedrivna tvättmaskiner och torktumlare är konkurrenskraftiga i flerfamiljstvättstugor. Speciellt i de fall där beläggningen är god och flera maskiner delar på anslutningskostnaden till fjärrvärmecentralen kan värmedrift bli riktigt lönsam. Torkskåpens konkurrenskraft har inte kunnat utvärderas, då priset ännu inte fastställts. Att använda VVC-systemet för värmedistribution till värmedrivna vitvaror kan vara mycket intressant, men det kräver att legionellaproblematiken kan lösas. I nuläget finns ingen lösning som uppfyller formuleringarna i boverkets byggregler. Ett annat distributionssätt som kan vara intressant, men som inte undersökts i studien är att använda VVC för varmvattendistribution och en gemensam radiator- och vitvarukrets med konstant framledningstemperatur. Den aktör som förväntas ha störst ekonomiskt intresse av att tekniken implementeras är sannolikt fjärrvärmebolagen som får sälja mer värme och det ligger därmed främst på deras ansvar att marknadsföra tekniken i mötet med sina kunder.

Solar Energy assessment based on weather station data for direct site monitoring in Indonesia

This thesis evaluates different sites for a weather measurement system and a suitable PV- simulation for University of Surabaya (UBAYA) in Indonesia/Java. The weather station is able to monitor all common weather phenomena including solar insolation. It is planned to use the data for scientific and educational purposes in the renewable energy studies. During evaluation and installation it falls into place that official specifications from global meteorological organizations could not be meet for some sensors caused by the conditions of UBAYA campus. After arranging the hardware the weather at the site was monitored for period of time. A comparison with different official sources from ground based and satellite bases measurements showed differences in wind and solar radiation. In some cases the monthly average solar insolation was deviating 42 % for satellite-based measurements. For the ground based it was less than 10 %. The average wind speed has a difference of 33 % compared to a source, which evaluated the wind power in Surabaya. The wind direction shows instabilities towards east compared with data from local weather station at the airport. PSET has the chance to get some investments to investigate photovoltaic on there own roof. With several simulations a suitable roof direction and the yearly and monthly outputs are shown. With a 7.7 kWpeak PV installation with the latest crystalline technology on the market 8.82 MWh/year could be achieved with weather data from 2012. Thin film technology could increase the value up to 9.13 MWh/year. However, the roofs have enough area to install PV. Finally the low price of electricity in Indonesia makes it not worth to feed in the energy into the public grid.

Testing Seasonal Unit Roots in Data at Any Frequency, an HEGY approach

This paper generalizes the HEGY-type test to detect seasonal unit roots in data at any frequency, based on the seasonal unit root tests in univariate time series by Hylleberg, Engle, Granger and Yoo (1990). We introduce the seasonal unit roots at first, and then derive the mechanism of the HEGY-type test for data with any frequency. Thereafter we provide the asymptotic distributions of our test statistics when different test regressions are employed. We find that the F-statistics for testing conjugation unit roots have the same asymptotic distributions. Then we compute the finite-sample and asymptotic critical values for daily and hourly data by a Monte Carlo method. The power and size properties of our test for hourly data is investigated, and we find that including lag augmentations in auxiliary regression without lag elimination have the smallest size distortion and tests with seasonal dummies included in auxiliary regression have more power than the tests without seasonal dummies. At last we apply the our test to hourly wind power production data in Sweden and shows there are no seasonal unit roots in the series.

Synsättet på förnyelsebara elkällor inom fastighetsbranschen

För mellan 40-50 år sedan så byggdes en miljon bostäder i Sverige. Idag har arbetet påbörjats med att renovera och restorera dessa bostäder, i samband med dessa åtgärder så görs även många åtgärder för att minska energianvändningen. Syftet med detta arbete var att ta reda på vad som var det mest ekonomiska valet av olika gröna elkällor. Även fastighetsägarnas egna tankar och uppfattningar ställs i relation till slutsatserna vid beräkningarna för att få en uppfattning om det stämmer överens. För att arbetet inte skulle bli för stort och krävande så gjordes dessa avgränsningar:  För att tiden skulle räcka till så avgränsades arbetet till Dalaregionen.  Arbetet har dessutom avgränsats till att bara undersöka ekonomin vid valet av de olika gröna elkällorna. Genom två olika undersökningar med mentometerknappar så kunde resultatet om fastighetsägarnas egna tankar och uppfattningar redovisas och analyseras. Vidare kunde fastighetsägarnas tankar och uppfattningar jämföras med beräkningarna och dessa slutsatser kunde då dras: Slutsatser:  Vindkraft var ej lönsam med dagens elpriser.  Av fastighetsbolag kunde det ses att deltagarna trodde olika på vad som gav bäst lönsamhet mellan vindkraft, solel eller grön el.

Renar och vindkraft II : Vindkraft i drift och effekter på renar och renskötsel

Utbyggnaden av vindkraft inom renskötselområdet har ökat markant det senaste decenniet, trots att kunskapen om påverkan av vindkraftsetableringar ännu inte är fullt utredd och dokumenterad. I den här rapporten beskriver vi framförallt hur vindkraftparker i driftsfas påverkar renarna och renskötseln i tre olika områden. I Malå sameby har vi studerat kalvningsområdet kring Storliden och Jokkmokkslidens vindkraftparker. I Vilhelmina Norra sameby har vi studerat vinterbetesområdet kring Stor-Rotlidens vindkraftpark, samt Lögdeålandets betesområde med Gabrielsbergets vindkraftpark som används av Byrkije reinbetesdistrikt från Norge. För att få en helhetsbild av hur renarna använder sitt betesområde är det viktigt att studera renarnas betes- och förflyttningsmönster långsiktigt och över hela deras betesområde och inte bara inom det lokala området nära parken. Det är också viktigt att ta hänsyn till att renarnas betesutnyttjande skiftar från år till år och mellan olika årstider beroende på väderlek och andra yttre förutsättningar. Vi vill också understryka vikten av att kombinera den traditionella kunskapen från renskötarna med vedertagna vetenskapliga analysmetoder för att besvara de frågor som är viktiga för att kunna bedriva en hållbar renskötsel. Vi har undersökt renarnas användning av områdena genom att utföra spillningsinventeringar under åren 2009-2015 (endast i Malå sameby), och genom att följa renar utrustade med GPS-halsband under åren 2005-2015. Datat är insamlat före och under byggfas och under driftsfas (för Gabrielsberget finns GPS-data endast för driftsfasen). Vi har analyserat data genom att utveckla statistiska modeller för val av betesområde för varje område där vi har beräknat hur renarna förhåller sig till vindkraftparksområdet före, under och efter byggnation, och på Gabrielsberget när parken varit avstängd under 40 dagar och under drift vid olika renskötselsituationer. Genom intervjuer, möten och samtal, samt information från Gabrielsbergets vindkraftparks kontrollprogram, har vi tagit del av renskötarnas erfarenheter av hur renarnas beteende, och därmed även renskötseln, påverkats av vindkraftsutbyggnaden i respektive område. Våra resultat visar att renarna både på kalvnings- och på vinterbetesområden påverkas negativt av vindkraftsetableringarna (Tabell a). Renarna undviker att beta i områden där de kan se och/eller höra vindkraftsverken och föredrar att vistas i områden där vindkraftverken är skymda. I kalvningsområdet i Malå ökade användningen av skymda områden med 60 % under driftsfas. I vinterbetesområdet på Gabrielsberget, när renarna utfodrades i parken och kantbevakades intensivt för att stanna i parkområdet under driftsfas, ökade användningen av skymda områden med 13 % jämfört med när de inte var utfodrade och fick ströva mer fritt. Resultaten visar också att renarna minskar sin användning av området nära vindkraftparkerna. I kalvningslandet i Malå minskar renarna sin användning av områden inom 5 km från parkerna med 16-20 %. Vintertid vid Gabrielsbergets vindkraftpark undvek renarna parken med 3 km. Våra resultat visar även att renarnas betesro minskar inom en radie på 4 km från vindkraftparkerna under kalvningsperioden och tiden därefter i jämförelse med perioden före byggfas. Exakta avstånd som renarna påverkas beror på förutsättningarna i respektive område, exempelvis hur topografin ser ut eller om området är begränsat av stängsel eller annan infrastruktur. Förändringarna i habitatutnyttjande i våra studieområden blev tydligare när parkerna var centralt belägna i renarnas betesområde, som i kalvningsområdet i Malå eller i vinterbeteslandet på Gabrielsberget, medan det inte var lika tydliga effekter kring Stor-Rotlidens park, som ligger i utkanten av ett huvudbetesområde. Oftast är snöförhållandena bättre ur betessynpunkt högre upp i terrängen än nere i dalgångarna, på grund av stabilare temperatur, vind som blåser bort snötäcket och mer variation i topografin. Därför kan etablering av vindkraftparker i höglänta områden försämra möjligheten att använda sådana viktiga reservbetesområden under vintrar med i övrigt dåliga snöförhållanden, vilka blir allt vanligare i och med klimatförändringarna. Våra resultat tyder inte direkt på att renarna påverkats negativt under dåliga betesvintrar men fler år av studier behövs för att ytterligare klargöra hur vindkraft påverkar renarna under dessa vintrar. Våra studier har visat att etablering av vindkraft har konsekvenser för renskötseln under både barmarkssäsongen och under vintern, men effekterna förmodas få störst inverkan inom vinterbetesområdet där det är svårt att hitta alternativa betesområden för renarna. Under sommaren är betestillgången oftast mindre begränsad och renarna kan lättare hitta alternativa områden. En direkt konsekvens av Gabrielsbergets vindkraftpark som är placerad mitt i ett vinterbetesområde har blivit att renarna behöver tillskottsutfodras och bevakas intensivare för att de inte ska gå ut ur området. När den naturliga vandringen mellan olika betesområden störs för att renarna undviker att vistas i ett område kan det leda till att den totala tillgången till naturligt bete minskar och att man permanent måste tillskottsutfodra, alternativt minska antalet renar. Annan infrastruktur som vägar och kraftledningar påverkar också renarna. Vid Storliden och Jokkmokksliden och vid Stor-Rotliden där data samlats in innan vindkraftparken uppfördes visar våra resultat att renarna undviker de omkringliggande landsvägarna redan innan parkerna etablerades. Vid Stor-Rotliden ökar dock renarna användningen av områden nära vägarna efter att parken är byggd. På Gabrielsberget, där vi endast har data under drifttiden, är renarna närmare vägarna (även stora vägar som E4) när renskötarna minskar på kantbevakningen för att inte hålla renarna nära parken. Detta ökar naturligtvis risken för trafikolyckor och innebär att renskötarna måste bevaka dessa områden intensivare. Sist i rapporten presenterar vi förslag till åtgärder som kan användas för att underlätta arbetet för renskötseln om det är så att en vindkraftpark redan är byggd. Några exempel på åtgärder som är direkt kopplat till parken är att stänga av vägarna in i vindkraftparken för att förhindra nöjeskörning med skoter och bil under den tiden renarna vistas i området samt tät dialog mellan vindkraftsbolag och sameby angående vinterväghållningen av vägarna till och inom vindkraftparken. Andra mer regionala åtgärder för att förbättra förutsättningarna för renskötselarbetet på andra platser för samebyn, kan vara att sätta stängsel längst större vägar och järnvägar (t.ex. E4:an eller stambanan) i kombination med strategiskt utplacerade ekodukter. Detta för att underlätta och återställa möjligheterna till renarnas fria strövning och renskötarnas flytt av renar mellan olika betesområden.   

Analyzing the Effect of Soiling on the Performance of a Photovoltaic System of Different Module Technologies in Kalkbult, South Africa

The fact that most of the large scale solar PV plants are built in arid and semi-arid areas where land availability and solar radiation is high, it is expected the performance of the PV plants in such locations will be affected significantly due to high cell temperature as well as due to soiling. Therefore, it is essential to study how the different PV module technologies will perform in such geographical locations to ensure a consistent and reliable power delivery over the lifetime of the PV power plants. As soiling is strongly dependent on the climatic conditions of a particular location a test station, consisted of about 24 PV modules and a well-equipped weather station, was built within the fences of Scatec’s 75 MW Kalkbult solar PV plant in South Africa. This study was performed to a better understand the effect of soiling by comparing the relative power generation by the cleaned modules to the un-cleaned modules. Such knowledge can enable more quantitative evaluations of the cleaning strategies that are going to be implemented in bigger solar PV power plants. The data collected and recorded from the test station has been analyzed at IFE, Norway using a MatLab script written for this thesis project. This thesis work has been done at IFE, Norway in collaboration with Stellenbosch University in South Africa and Scatec Solar a Norwegian independent power producer company. Generally for the polycrystalline modules it is found that the average temperature corrected efficiency during the period of the experiment has been 15.00±0.08 % and for the thin film-CdTe with ARC is 11.52% and for the thin film without ARC is about 11.13% with standard uncertainty of ±0.01 %. Besides, by comparing the initial relative average efficiency of the polycrystalline-Si modules when all the modules have been cleaned for the first time and the final relative efficiency; after the last cleaning schedule which is when all the reference modules E, F, G, and H have been cleaned for the last time it is found that poly3 performs 2 % and 3 % better than poly1 and poly16 respectively, poly13 performs 1 % better than poly15 as well as poly5 and poly12 performs 1 % and 2 % better than poly10 respectively. Besides, poly5 and poly12 performs a 9 % and 11 % better than poly7. Furthermore, there is no change in performance between poly6 and poly9 as well as poly4 and poly15. However, the increase in performance of poly3 to poly1, poly13 to poly15 as well as poly5 and poly12 to poly10 is insignificant. In addition, it is found that TF22 perform 7% better than the reference un-cleaned module TF24 and similarly; TF21 performs 7% higher than TF23. Furthermore, modules with ARC glass (TF17, TF18, TF19, and TF20) shows that cleaning the modules with only distilled water (TF19) or dry-cleaned after cleaned with distilled water(TF20) decreases the performance of the modules by 5 % and 4 % comparing to its respective reference uncleanedmodules TF17 and TF18 respectively.

Storskalig vindkraft i skogen : Om rationell planering och lokalt motstånd

The global climate threat has intensified Sweden’s ambitions to build wind power stations. This thesis explores the planning of, and opposition to, wind power in the inland rural and forest regions of Sweden. It is in these autonomous communities that the plans are implemented and the aim of the thesis was to, from a local perspective, understand and analyse the planning and acceptance challenges that large-scale wind power development faces in places that are both sparsely populated and have good wind conditions. This thesis is based on qualitative methods and was conducted as two studies. The case study area comprises four municipalities in Dalarna County. The first study analyses the planning and establishment process in three municipalities using interviews and an analysis method called process tracing. The second study analyses one wind power establishment, in which the interviews form the basis for a discourse analytical approach. One striking finding highlights the relationship between the global and the local. Global environment and energy aspects are absent in the local process, and wind power becomes a technical land issue that clashes with other local land interests. Another finding of the study reveals that planning for wind power establishment follows a rational planning tradition. The feelings and memories of the individual – different views regarding the landscape – play a background role in the formal permit process, while measurable observable conditions have a more prominent role. Wind power developers thereby acquire a more significant position than what they probably would have had if the planning had included local residents’ views on wind power in the landscape at an early stage.