System Perspective on Biogas Use for Transport and Electricity Production

Linköping municipality has managed biogas driven buses in the regional transport system since 1997 and all buses in the municipality have run on biogas since 2015. Biogas is a renewable fuel and by replacing fossil fuels it can help to lower net CO2 emissions. However, Internal Combustion Engines (ICE) in buses still have a rather low efficiency, in the range of 15–30%. If the combustion of biogas instead takes place in a combined cycle gas turbine (CCGT) efficiency could be higher and heat losses reduced. This could be a feasible solution if the transport system instead used electric buses charged with electricity generated by the CCGT. This article has a top-down perspective on the regional transport system and the regional district heating system (DHS) in Linköping municipality. Two alternative systems are compared regarding CO2 emissions, electricity production and component efficiencies. The first system that is studied is in operation today and uses locally produced biogas in the ICE buses. In parallel the combined heat and power (CHP) system delivers electricity and heat to households in the region. The second system that is studied is a system with electric buses and a CHP system that uses biogas in the CCGT to deliver electricity and heat to the regional power grid and DHS. The study shows that emissions would be reduced if biogas use is changed from use in ICE buses to use in the CCGT in the CHP-DHS. Improved biogas use could lower CO2-eq emissions by 2.4 million kg annually by using a better fuel-energy pathway

Active Management of Heat Customers Towards Lower District Heating Return Water Temperature

The traditional way of managing the supply and return water temperatures in a district heating system (DHS) is by controlling the supply water temperature. The return water temperature then becomes a passive result that reflects the overall energy efficiency of the DHS. A DHS with many poorly functioning district heating centrals will create a high return water temperature, and the energy efficiency of the DHS will be affected negatively in several ways (e.g., lower efficiency of the flue gas condenser, higher heat losses in pipes, and lower electricity production for a DHS with combined heat and power (CHP)). With a strategic introduction of low-grade heat customers, the return water temperature can be lowered and, to some extent, controlled. With the heat customers connected in parallel, which is the traditional setup, return water temperatures can only be lowered at the same rate as the heat customers are improved. The active management of some customers can lower the return water temperatures faster and, in the long run, lead to better controlled return water temperatures. Active management is defined here as an adjustment of a domestic heating system in order to improve DHS efficiency without affecting the heating service for the individual building. The opposite can be described as passive management, where heat customers are connected to the DHS in a standardized manner, without taking the overall DHS efficiency into consideration. The case study in this article shows possible efficiency gains for the examined DHS at around 7%. Looking at fuel use, there is a large reduction for oil, with 10-30% reduction depending on the case in question, while the reduction is shown to be largest for the case with the lowest return water temperature. The results also show that efficiency gains will increase electricity production by about 1-3%, and that greenhouse gas (GHG) emissions are reduced by 4-20%.Funding Agencies|Swedish District Heating Association; Fjarrsyn (district heating and cooling research programme)</p

Integration of biofuel and DH production - Possibilities, potential and trade-off situations : A review

There are several barriers to increased use of biofuel in the transport sector (e.g., shortage of feedstocks, high production costs, and relatively low energy yields from standalone biofuel plants). One possible solution is integration of biofuel and district heating (DH) production. This study aims (1) to identify challenges (e.g. tradeoffs) related to integration and to suggests possible ways of dealing with these challenges, (2) to highlight factors that may influence effects on global GHG emissions from integration, (3) to highlight factors which should be considered when evaluating economic aspects related to integration. After conducting a systematic review using a prescribed and structured protocol, 38 articles were identified as relevant for this study. These articles present four different approaches for integration: delivering the excess heat from biorefineries to DH networks, utilising DH in biofuel production processes, integrating biofuel production with existing DH facilities, and building new polygeneration biofuel production facilities in DH systems (DHS).If investments in biofuel compete with combined heat and power (CHP) production, the electricity price and the premium paid for renewable electricity influence profitability in CHP plants investments and therefore even profitability in investments in biofuel production. Competition should also be considered when weighing environmental benefits (the influence on global GHG emissions). Competition can create trade-offs related to DHSs operating conditions, limited local and global biomass availability, and limited available heat sinks. To deal with these trade-offs and to avoid suboptimization, stakeholders in regional planning, investors and policymakers should cooperate.All identified studies noted that a comprehensive approach is needed to evaluate profitability aspects and effects on global GHG emissions.For instance, utilising excess heat or residues from a biofuel production process in a DHS requires consideration of alternative DH production and alternative fuels. If electricity is one of the by-products from the biofuel production, alternative electricity production should also be considered. The majority of the studies dealt with economic performance of integration. Some of the factors found to influence profitability include available heat sink, alternative DH and electricity production, expected operation patterns, energy policy and energy market conditions. The potential for reducing global greenhouse gases (GHG) emissions depends on alternative DH and electricity production but also on biomass availability and alternative biomass users

Hållbar Region : Ett forskningsprojekt för ökad samverkan mellan energi- och fastighetsbolag. Etapp 2 2016-2018

Det är i samverkan mellan energibolag och slutanvändare som effektiva energisystem kan skapas. Med ett systemperspektiv mellan tillförsel- och användarsidan inom energisystemet kan forskningsprojektet Hållbar Region bidra med en pusselbit till framtidens energisystem, med ökad energieffektivitet och minskad klimatpåverkan som resultat. Forskningsprojektets syfte är att genom samverkan mellan universitet, energi- och fastighetsbolag arbeta för att skapa en hållbar och resurseffektiv region. Detta delvis genom att utbyta kunskap kring utmaningar och på så vis öka förståelsen för varandras verksamheter, både inom och mellan branscherna. Under etapp 1 utvecklades simulerings- och optimeringsmodeller gällande renoveringspaket av fastigheter och energisystemet. Arbetet fortskrider löpande med ytterligare beräkningar och scenarioanalyser. Under etapp 2 har många delstudier genomförts och som vardera ger input och kunskap för vidare utveckling. Några av resultaten uppkomna under etapp 2 är: Betong bättre än trä? En fallstudie påvisar att ett flerbostadshus med betongstomme har lägre miljöpåverkan än en liknande huskropp av träkonstruktion. Se mer i avsnitt 5.1 Vikten av utökad och förbättrad kundkontakt! En studie av den framtida värmemarknaden visar på vikande efterfrågan. Nya tillämpningsområden, ökad och förbättrad kommunikation är viktiga aspekter för att möta utmaningen. Se mer i avsnitt 5.2 Tillvarata överskottsvärme! Studien undersöker alternativ för att nyttiggöra överskottsvärme i fjärrvärmenätet, som möjliggörs genom samarbete med närliggande verksamheter. Att nyttogöra värmen genom en absorptionsdriven värmepump är det som förordas. Se mer i avsnitt 5.3 Beräkningar av primärenergifaktorer! En studie analysera premiärenergifaktorer för svensk fjärrvärme utifrån flertalet perspektiv och metoder. De beräknade faktorerna blir betydande mindre än Boverkets. Se mer i avsnitt 5.4 Prismodellens roll för incitament till energieffektivisering! Flertalet prismodeller analyseras utifrån ett klimatperspektiv. En modell med säsongsvarierande prissättning förordas och där effektuttaget lyfts fram som en nyckel. Se mer i avsnitt 5.5 Nyttan av en dynamisk framledningstemperatur! Studien undersöker effekt- och flödesutjämnande körstrategier för att möta dygns- och säsongsvariationer av efterfrågan på värme. Studien påvisar ökad elverkningsgrad och ett högre temperaturspann möjliggör bättre effekt- och flödesutjämning. Se mer i avsnitt 5.6Delrapport 2 från forskningsprojektet Hållbar Region vid Linköpings universitet.Hållbar Regio

Hållbar Region : Ett forskningsprojekt för ökad samverkan mellan energi- och fastighetsbolag. Etapp 2 2016-2018

Det är i samverkan mellan energibolag och slutanvändare som effektiva energisystem kan skapas. Med ett systemperspektiv mellan tillförsel- och användarsidan inom energisystemet kan forskningsprojektet Hållbar Region bidra med en pusselbit till framtidens energisystem, med ökad energieffektivitet och minskad klimatpåverkan som resultat. Forskningsprojektets syfte är att genom samverkan mellan universitet, energi- och fastighetsbolag arbeta för att skapa en hållbar och resurseffektiv region. Detta delvis genom att utbyta kunskap kring utmaningar och på så vis öka förståelsen för varandras verksamheter, både inom och mellan branscherna. Under etapp 1 utvecklades simulerings- och optimeringsmodeller gällande renoveringspaket av fastigheter och energisystemet. Arbetet fortskrider löpande med ytterligare beräkningar och scenarioanalyser. Under etapp 2 har många delstudier genomförts och som vardera ger input och kunskap för vidare utveckling. Några av resultaten uppkomna under etapp 2 är: Betong bättre än trä? En fallstudie påvisar att ett flerbostadshus med betongstomme har lägre miljöpåverkan än en liknande huskropp av träkonstruktion. Se mer i avsnitt 5.1 Vikten av utökad och förbättrad kundkontakt! En studie av den framtida värmemarknaden visar på vikande efterfrågan. Nya tillämpningsområden, ökad och förbättrad kommunikation är viktiga aspekter för att möta utmaningen. Se mer i avsnitt 5.2 Tillvarata överskottsvärme! Studien undersöker alternativ för att nyttiggöra överskottsvärme i fjärrvärmenätet, som möjliggörs genom samarbete med närliggande verksamheter. Att nyttogöra värmen genom en absorptionsdriven värmepump är det som förordas. Se mer i avsnitt 5.3 Beräkningar av primärenergifaktorer! En studie analysera premiärenergifaktorer för svensk fjärrvärme utifrån flertalet perspektiv och metoder. De beräknade faktorerna blir betydande mindre än Boverkets. Se mer i avsnitt 5.4 Prismodellens roll för incitament till energieffektivisering! Flertalet prismodeller analyseras utifrån ett klimatperspektiv. En modell med säsongsvarierande prissättning förordas och där effektuttaget lyfts fram som en nyckel. Se mer i avsnitt 5.5 Nyttan av en dynamisk framledningstemperatur! Studien undersöker effekt- och flödesutjämnande körstrategier för att möta dygns- och säsongsvariationer av efterfrågan på värme. Studien påvisar ökad elverkningsgrad och ett högre temperaturspann möjliggör bättre effekt- och flödesutjämning. Se mer i avsnitt 5.6Delrapport 2 från forskningsprojektet Hållbar Region vid Linköpings universitet.Hållbar Regio

The role of the Swedish municipalities in the transition towards sustainable energy systems

Climate change is affecting the planet on a global level and it is of vital importance that actors in the energy system work together to achieve political goals, such as the United Nations' goal which states that the global temperature increase should be kept far below 2 °C. There is a need of actions and collaboration throughout the society. The aim of this paper is to make visible the role of Swedish municipalities in the transition towards sustainable energy systems. The paper presents a study of some ongoing activities and collaborations for increased sustainability where municipalities play a clear role. The study focuses on three areas; (1) municipalities´ activities towards citizens and business community, (2) municipalities’ activities linked to collaboration with other actors, and (3) challenges related to these activities. The study is based on information from a literature search and interviews. Representatives from eight Swedish municipalities have been interviewed. The result shows that the municipalities are involved in various activities and collaborations. This is done via networks, projects, consulting, information dissemination, showing good examples, tryout activities and nudging. Some important challenges have been found. One of them is the transport sector and how to reduce the dependence on fossil fuels. Another is to consider that the Swedish energy system is spread over a large geographical area with different opportunities and limitations concerning electricity production and the sizes of the municipalities. Energy system measures and policy programs need to consider these differences to minimize the risk for sub-optimal energy-system measures. A third challenge is the lack of time and resources within the municipalities to engage enough in energy and climate issues.This is an open access article under the CC BY License (http://creativecommons.org/licenses/BY/4.0/)</p

Hållbar Region : Ett forskningsprojekt för ökad samverkan mellan energi- och fastighetsbolag. Etapp 2 2016-2018

Det är i samverkan mellan energibolag och slutanvändare som effektiva energisystem kan skapas. Med ett systemperspektiv mellan tillförsel- och användarsidan inom energisystemet kan forskningsprojektet Hållbar Region bidra med en pusselbit till framtidens energisystem, med ökad energieffektivitet och minskad klimatpåverkan som resultat. Forskningsprojektets syfte är att genom samverkan mellan universitet, energi- och fastighetsbolag arbeta för att skapa en hållbar och resurseffektiv region. Detta delvis genom att utbyta kunskap kring utmaningar och på så vis öka förståelsen för varandras verksamheter, både inom och mellan branscherna. Under etapp 1 utvecklades simulerings- och optimeringsmodeller gällande renoveringspaket av fastigheter och energisystemet. Arbetet fortskrider löpande med ytterligare beräkningar och scenarioanalyser. Under etapp 2 har många delstudier genomförts och som vardera ger input och kunskap för vidare utveckling. Några av resultaten uppkomna under etapp 2 är: Betong bättre än trä? En fallstudie påvisar att ett flerbostadshus med betongstomme har lägre miljöpåverkan än en liknande huskropp av träkonstruktion. Se mer i avsnitt 5.1 Vikten av utökad och förbättrad kundkontakt! En studie av den framtida värmemarknaden visar på vikande efterfrågan. Nya tillämpningsområden, ökad och förbättrad kommunikation är viktiga aspekter för att möta utmaningen. Se mer i avsnitt 5.2 Tillvarata överskottsvärme! Studien undersöker alternativ för att nyttiggöra överskottsvärme i fjärrvärmenätet, som möjliggörs genom samarbete med närliggande verksamheter. Att nyttogöra värmen genom en absorptionsdriven värmepump är det som förordas. Se mer i avsnitt 5.3 Beräkningar av primärenergifaktorer! En studie analysera premiärenergifaktorer för svensk fjärrvärme utifrån flertalet perspektiv och metoder. De beräknade faktorerna blir betydande mindre än Boverkets. Se mer i avsnitt 5.4 Prismodellens roll för incitament till energieffektivisering! Flertalet prismodeller analyseras utifrån ett klimatperspektiv. En modell med säsongsvarierande prissättning förordas och där effektuttaget lyfts fram som en nyckel. Se mer i avsnitt 5.5 Nyttan av en dynamisk framledningstemperatur! Studien undersöker effekt- och flödesutjämnande körstrategier för att möta dygns- och säsongsvariationer av efterfrågan på värme. Studien påvisar ökad elverkningsgrad och ett högre temperaturspann möjliggör bättre effekt- och flödesutjämning. Se mer i avsnitt 5.6Delrapport 2 från forskningsprojektet Hållbar Region vid Linköpings universitet.Hållbar Regio

Impact of Domestic Hot Water Systems on District Heating Temperatures

When buildings become more energy effective, the temperature levels of district heating systems need to be lower to decrease the losses from the distribution system and to keep district heating a competitive alternative on the heating market. For this reason, buildings that are refurbished need to be adapted to suit low-temperature district heating. The aim of this paper is to examine whether four different energy refurbishment packages (ERPs) can be used for lowering the temperature need of a multi-family buildings space heating and domestic hot water (DHW) system as well as to analyse the impact of the DHW circulation system on the return temperature. The results show that for all ERPs examined in this study, the space heating supply temperature agreed well with the temperature levels of a low-temperature district heating system. The results show that the temperature need of the DHW system will determine the supply temperature of the district heating system. In addition, the amount of days with heating demand decreases for all ERPs, which further increases the influence of the DHW system on the district heating system. In conclusion, the DHW system needs to be improved to enable the temperature levels of a low-temperature district heating system

Rev-Changes in Primary Energy Use and CO2 Emissions-An Impact Assessment for a Building with Focus on the Swedish Proposal for Nearly Zero Energy Buildings

In the European Unions Energy Performance of Buildings Directive, the energy efficiency goal for buildings is set in terms of primary energy use. In the proposal from the National Board of Housing, Building, and Planning, for nearly zero energy buildings in Sweden, the use of primary energy is expressed as a primary energy number calculated with given primary energy factors. In this article, a multi-dwelling building is simulated and the difference in the primary energy number is investigated when the building uses heat from district heating systems or from heat pumps, alone or combined with solar thermal or solar photovoltaic systems. It is also investigated how the global CO2 emissions are influenced by the different energy system combinations and with different fuels used. It is concluded that the calculated primary energy number is lower for heat pump systems, but the global CO2 emissions are lowest when district heating uses mostly biofuels and is combined with solar PV systems. The difference is up to 140 tonnes/year. If the aim with the Swedish building code is to decrease the global CO2 emissions then the ratio between the primary energy factors for electricity and heat should be larger than three and considerably higher than today.Funding Agencies|industrial post-graduate school Reesbe - Knowledge Foundation (KK-stiftelsen)</p