Energy Storage for Flexible Sector Couplingin Swedish Buildings and District Energy Systems
2026 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE credits
Student thesisAlternative title
Energilagring för flexibel sektorkoppling i svenska byggnader och distriktsenergisystem (Swedish)
Abstract [en]
Sweden’s electricity system is shifting toward predominantly renewable sources, while spaceheating still depends heavily on district heating (DH), which covers roughly 60% of buildingdemand, and heat pumps (HP), now installed in more than half of Swedish homes. Flexiblesector coupling (FSC) uses energy storage to connect these sectors, decoupling the conversion of renewable electricity from the moment heat or power is actually needed. The relevant storagetechnologies span a wide range: thermal energy storage (TES, from simple buffer tanks toseasonal borehole systems), building inertia thermal energy storage (BITES, which exploitsstructural thermal mass at no hardware cost), and battery energy storage systems (BESS). Heatpumps and electric boilers (EBs) handle power-to-heat conversion, with photovoltaics (PV)adding on-site generation. Despite this context, FSC deployment in Sweden remains limited.Most published literature is either theoretical or based on non-Swedish conditions, minimumdigital participation thresholds are rarely defined, and practitioner perspectives have not been collected in any systematic way.
The work maps FSC configurations and storage technologies across Swedish buildingtypologies and examines, for each, the digital maturity threshold and the practical driversand barriers shaping adoption. Six research questions structured the inquiry: which storagetechnologies are applicable and over what timescales; what services FSC-enabled storage canprovide between thermal and electrical systems; which configurations and operating strategiescarry the greatest potential in the Swedish context; which key performance indicators (KPIs)most usefully evaluate those services; what level of digital capability each configurationdemands; and what practitioner-level drivers and barriers shape adoption.
A structured literature review covered three typologies: DH-connected multi-family buildings(MFB, T1), single-family houses (SFH, T2) with air-source HP and PV, and urban districts atpositive energy district (PED) scale (T3). It produced five FSC configurations (C1–C5). Elevensemi-structured interviews with practitioners across five groups (researchers and planners,technology installers, market operators, building owners, and the national energy regulator) then addressed the qualitative questions.
No single storage technology covers the full FSC service range. TES handles thermal loadsat costs as low as 0.5 EUR/kWh with efficiency above 90%. BITES is already present throughout the DH-connected stock and requires no additional hardware, making C3 the lowestbarrierentry point for roughly 90% of Swedish DH-connected MFB. BESS can respond inunder a second but costs orders of magnitude more per stored unit than water-tank TES.Bridging Sweden’s summer-to-winter generation and demand gap requires borehole thermalenergy storage (BTES) or pit thermal energy storage (PTES); no other technology reaches thattimescale. The interviews exposed a persistent KPI mismatch: building owners work withpayback periods, real-estate yields, and bank financing terms, not with the energy engineeringmetrics common in the technical literature. A three-tier digital capability framework developed here shows that full FSC automation is within reach for only a minority of organizations, withprotocol fragmentation as the primary obstacle. Eight findings had no equivalent in the reviewedliterature: geopolitical risk cited as a standalone investment driver; EU taxonomy eligibility,with Swedish banks tying loan rates directly to primary energy number (PEN) scores; revenuestacking across frequency containment reserve (FCR) participation, peak shaving, and PV selfconsumptionthat has been theorized but never demonstrated; FCR market saturation erodingancillary revenues; cross-boundary PV sharing arrangements taxed at neighborhood scale;incentive misalignment between project developers and long-term asset managers; governancebarriers in cooperative housing; and resident energy disengagement capping behavioral demandresponse.
FSC is technically feasible across a large share of the Swedish building stock. The bindingconstraints lie elsewhere. The primary energy factor (PEF), which assigns a weight of 1.8to electricity and 0.7 to DH, is the barrier cited most often: it redirects investment towardregulatory compliance rather than system performance, and because it feeds into EU taxonomycriteria and bank lending conditions, the distortion reaches across the entire building portfolio.On the modeling side, formal cost comparisons across the five configurations are still missingfrom the literature. Operationally, a live revenue stacking trial in a Swedish BESS installationwould settle the FCR standby versus peak shaving question. And on the policy side, it remainsunclear what adjusting the electricity PEF from 1.8 toward a value that reflects actual Nordiccarbon intensity would mean for investment across the sector.
Abstract [sv]
Sveriges elsystem håller på att bli övervägande förnybart, medan uppvärmning av bostäder och lokaler fortfarande är starkt beroende av fjärrvärme (FV), som täcker ungefär 60 % av byggnadsbehovet, och värmepumpar (VP), nu installerade i mer än hälften av alla svenska hem. Flexibelsektorkoppling (FSC) använder energilagring för att koppla samman dessa sektorer och frikopplaomvandlingen av förnybar el från det ögonblick då värme eller kraft faktiskt behövs. Derelevanta lagringsteknikerna spänner över ett brett fält: termisk energilagring (TES, från enklabuffertbehållare till säsongsbaserade borrsystem), byggnaders inertia som termisk energilagring (BITES, som utnyttjar den strukturella termiska massan utan hårdvarukostnad) och batterienergisystem (BESS). Värmepumpar och elpannor hanterar el-till-värme-omvandling, och solceller(PV) bidrar med lokal elproduktion. Trots dessa förutsättningar är FSC-utbredningen i Sverigebegränsad. Merparten av den publicerade litteraturen är antingen teoretisk eller baserad på ickesvenskaförhållanden, minimigränser för digitalt deltagande är sällan definierade och praktikerperspektivhar inte samlats in på något systematiskt sätt.
Arbetet kartlägger FSC-konfigurationer och lagringstekniker i svenska byggnadstyper och undersöker,för var och en, det digitala mognadskrav som ställs och de praktiska drivkrafter ochhinder som formar adoption. Sex forskningsfrågor strukturerade arbetet: vilka lagringsteknikersom är relevanta och över vilka tidsskalor; vilka tjänster FSC-aktiverad lagring kan tillhandahållamellan termiska och elektriska system; vilka konfigurationer och driftstrategier som harstörst potential i det svenska sammanhanget; vilka nyckeltal som bäst utvärderar dessa tjänster;vilken digital förmåga varje konfiguration kräver; och vilka drivkrafter och hinder på praktikerplanetsom påverkar adoption.
En strukturerad litteraturgenomgång täckte tre typologier: fjärrvärmeanslutna flerfamiljshus (T1), enbostadshus med luftvärmepumpar och solceller (T2) och urbana distrikt i skalan positivaenergidistrikt (PED) (T3). Den resulterade i fem FSC-konfigurationer (C1–C5). Elvasemistrukturerade intervjuer med praktiker inom fem grupper (forskare och planerare, teknikinstallatörer,marknadsoperatörer, fastighetsägare och nationella energimarknadsregulatorn) behandladesedan de kvalitativa frågorna.
Ingen enskild lagringsteknik täcker hela FSC-tjänsteutbudet. TES hanterar termiska laster tillkostnader så låga som 0,5 EUR/kWh med verkningsgrad över 90 procent. BITES finns redan ihela det fjärrvärmeanslutna beståndet utan tilläggsinvestering, vilket gör C3 till ingångspunktenmed lägst barriär för ungefär 90 procent av svenska fjärrvärmeanslutna flerfamiljshus. BESS svarar på under en sekund men kostar storleksordningar mer per lagrad energienhet änvattentank-TES. Att överbrygga Sveriges sommar-till-vinter-gap i produktion och efterfrågankräver säsongsbaserad BTES eller grop-TES (PTES); ingen annan teknik når den tidsskalan.Intervjuerna blottade en bestående diskrepans i nyckeltal: fastighetsägare arbetar med återbetalningstider, fastighetsvärde och bankfinansieringsvillkor, inte med de energitekniska måttsom dominerar den tekniska litteraturen. Ett treskaligt ramverk för digital förmåga som utvecklats här visar att full FSC-automation endast är inom räckhåll för en minoritet av organisationer, med protokollfragmentering som det främsta hindret. Åtta fynd saknade motsvarigheti den granskade litteraturen: geopolitisk risk som en självständig investeringsdrivkraft; EUtaxonominsbehörighetskrav, där svenska banker kopplar låneräntor direkt till PEN-poäng; intäktsstaplingav FCR-deltagande, toppavlastning och PV-självförbrukning som har teoretiseratsmen aldrig demonstrerats; FCR-marknadsmättnad som urholkar stödtjänstintäkter; gränsöverskridandesoleldelning som beskattas i kvarterskala; motstridiga incitament mellan projektutvecklareoch långsiktiga fastighetsförvaltare; styrningshinder i bostadsrättsföreningar; och energidesengagemang bland boende som begränsar beteendemässig efterfrågeflexibilitet.
FSC är tekniskt genomförbart i stora delar av det svenska byggnadsbeståndet. De bindande begränsningarnafinns någon annanstans. Primärenergifaktorn (PEF), som tilldelar vikter på 1,8 till el och 0,7 till fjärrvärme, är det oftast citerade hindret: den omdirigerar investeringar motregelefterlevnad snarare än systemprestanda, och eftersom den matar in i EU-taxonomins kriterieroch banklånevillkor sträcker sig snedvridningen över hela byggnadsportföljen. Vad gäller framtida forskning saknas fortfarande formella kostnadsjämförelser mellan de fem konfigurationernai litteraturen. En live-demonstration av intäktsstappling i en svensk BESS-installationskulle lösa konflikten mellan FCR-beredskap och toppavlastning. Det återstår också att kvantifieravad en justering av elens primärenergivikt från 1,8 mot ett värde som speglar faktisknordisk koldioxidintensitet skulle innebära för investeringsbeslut inom sektorn.
Place, publisher, year, edition, pages
2026. , p. 144
Series
TRITA-ITM-EX ; 2026:302
Keywords [en]
flexible sector coupling (FSC), energy storage, thermal energy storage (TES), building inertia thermal energy storage (BITES), battery energy storage systems (BESS), heat pumps (HP), district heating (DH), digital capabilities, Swedish energy system, implementation barriers
Keywords [sv]
flexibel sektorkoppling (FSC), energilagring, TES, BITES, BESS, värmepumpar (VP), fjärrvärme (FV), digitala förmågor, implementeringshinder
National Category
Engineering and Technology
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-387847OAI: oai:DiVA.org:kth-387847DiVA, id: diva2:2097697
Subject / course
Energy Technology
Supervisors
Examiners
2026-09-022026-09-02