Municipal wastewater treatment plants (WWTPs) in cold climates often rely on fossil fuels to meet seasonal heating demands, especially during winter months when biogas production is insufficient. The Ernemar WWTP in Oskarshamn, Sweden, exemplifies this challenge—burning heating oil in winter while flaring surplus biogas during summer. This seasonal mismatch leads to avoidable greenhouse gas emissions and increased operational costs.

This thesis presents a techno-economic case study evaluating Power-to-Heat (P2H) technologies—specifically heat pumps and electric boilers—as low-carbon alternatives for decarbonizing heating at the Ernemar WWTP. Using real plant data, local climate conditions, and technology performance parameters, the study models different design configurations to simulate load sharing, investment needs, energy costs, and emission reductions.

The analysis identifies a hybrid solution—combining a 100kW heat pump for base and intermediate loads with a 150kW electric boiler for peak demands—as the most effective setup. This system can fully replace oil-based heating during winter, reducing CO2 emissions by 98.1% and cutting operational costs by 74%, with a payback period of 6.55 years and a net present value of 319,464 SEK over ten years. Sensitivity analyses confirm the robustness of the solution under varying economic and technical assumptions.

The findings demonstrate that Power-to-Heat integration is both technically feasible and financially justifiable for small to mid-scale WWTPs, offering a practical pathway to support municipal decarbonization goals using commercially available technologies.

Kommunala avloppsreningsverk (WWTP) i kalla klimat är ofta beroende av fossila bränslen för att möta säsongsbetonade uppvärmningsbehov, särskilt under vintermånaderna när biogasproduktionen är otillräcklig. Ernemars reningsverk i Oskarshamn, Sverige, exemplifierar denna utmaning – att bränna eldningsolja på vintern medan överskottsbiogas facklas under sommaren. Denna säsongsbetonade skillnad leder till undvikbara utsläpp av växthusgaser och ökade driftskostnader.

Denna avhandling presenterar en teknoekonomisk fallstudie som utvärderar Power-to-Heat (P2H)-tekniker – specifikt värmepumpar och elpannor – som koldioxidsnåla alternativ för att minska koldioxidutsläppen vid Ernemars reningsverk. Med hjälp av verkliga anläggningsdata, lokala klimatförhållanden och teknikens prestandaparametrar modellerar studien olika designkonfigurationer för att simulera lastdelning, investeringsbehov, energikostnader och utsläppsminskningar.

Analysen identifierar en hybridlösning – att kombinera en 100 kW värmepump för bas- och mellanbelastning med en 150 kW elpanna för toppbehov – som den mest effektiva lösningen. Detta system kan helt ersätta oljebaserad uppvärmning under vintern, vilket minskar koldioxidutsläppen med över 98,2 % och driftskostnaderna med mer än 74 %, med en beräknad återbetalningstid på 6,5 år. Känslighetsanalyser bekräftar lösningens robusthet under varierande ekonomiska och tekniska antaganden.

Resultaten visar att Power-to-Heat-integration är både tekniskt genomförbar och ekonomiskt motiverad för små till medelstora avloppsreningsverk, och erbjuder en praktisk väg att stödja kommunala mål för minskade koldioxidutsläpp med hjälp av kommersiellt tillgängliga tekniker.