I takt med att allt mer intermittent elkraft används i det nordiska nätet ökar även behovet av reglerkraft. Detta för att hålla nätet stabilt och att last och produktion momentant är i balans. I Sverige används framförallt vattenkraft för att reglera nätstabiliteten. Detta sker genom att aggregat med frekvensreglering ökar effekten vid låg frekvens och sänker effekten vid hög frekvens.Projektet utreder huruvida ett dödband, en inställning som ignorerar små avvikelser, hjälper att reducera onödigt slitage på grund av frekvenstyrningen i en Kaplanturbin. De yttre löpskoveltapplagren har konstaterats vara extra utsatta och projektet har därför inriktat sig specifikt på att beräkna nötningen för dessa. Utifrån tidigare mätningar på en Kaplanturbin simulerades ett dödband i MATLAB. I programmet beräknades reducerad lagernötning, och antalet lastväxlingar över en tid på 40 år. Dessutom beräknades en genomsnittlig avvikelse i reglerkraft vid användning av dödband samt försämrad verkningsgrad om ett dödband på endast löphjulet används. Det kunde utifrån dem resultaten konstateras att ett dödband motsvarande 0.5 % av öppningsintervallet på löpskovlarna var mest fördelaktigt.Dödbandsinställningen applicerades sedan på ett av Skellefteå Krafts aggregat och drift med och utan dödband jämfördes. Mätningen påvisade att antal lastväxlingar reducerades kraftigt och stämde bra överens i praktiken med det uppskattade värdet från simuleringen. Glidsträckan för de undersökta lagren reducerades av dödbandet men lagren fästa i ledkransen minskade mer än de yttre löpskoveltapplagren. Glidsträckan beräknad från den praktiska mätningen med dödbandet nådde inte heller upp i samma reduktion som uppskattades från simuleringen.Slutligen konstaterades att frekvensstyrning påverkar nötningen i yttre löpskoveltapplagren substantiellt och att dödband är en lovande teknik för att reducera detta. Antalet lastväxlingar skulle minska markant och verkningsgradsförlusten om dödbandet endast verkar på löphjulet var mycket små. / Due to the growth of intermittent power in the Nordic grid the need for regulating power has increased. For a secure grid it is necessary to keep a stable balance between load and production. In Sweden hydropower is mainly used to regulate the grid stability. A power station equipped with frequency regulation increases the power output when the frequency is low and decreases the power when the frequency is high.This project researches if a regulation setting called dead band, which ignores small deviations, can reduce unnecessary wear in a Kaplan turbine equipped with frequency regulation. The outer turbine blade bearings have been ascertained to be the most exposed component in regards of wear and tear related to frequency regulation. This project has thus concentrated on these bearings. From earlier measurements on a Kaplan turbine a dead band was simulated in MATLAB. The amount of wear on the bearing was calculated as well as the number of blade regulations over a span of 40 years. Moreover a mean deviation of regulating power was calculated as well as reduced efficiency in relation to a dead band only applied to the runner. From these calculations a dead band representing 0.5 % of the opening interval for the runner was deemed most appropriate.The dead band setting was then installed in one of Skellefteå Krafts power station and the propulsion with and without dead band was compared. The test proved that the number of turbine blade regulations was substantially reduced and on par with the simulated values. The bearing gliding of the investigated bearings was reduced by the dead band setting but the gliding of the guide vane bearings was further reduced than that of the outer rotor blade trunnion bearings. Moreover, the gliding distance calculated from the practical testing did not reach the same level of reduction as the estimated results from the simulation.Finally it was concluded that wear correlated from frequency regulation is substantial but that the dead band setting shows a lot of promise in reducing this wear. The number of turbine blade regulations is distinctively decreased by the setting and the efficiency losses are very low if the dead band is applied only to the runner.

Cocoa pod husks are generated in Côte d’Ivoire, in abundant quantities annually. The majority is left as waste to decompose at the plantations. A review of the ultimate and proximate composition of CPH resulted in the conclusion that, CPH is a high potential feedstock for both thermochemical and biochemical processes. The main focus of the study was the utilization of CPH in 10,000 tons/year power plants for generation of energy and value-added by-products. For this purpose, the feasibility of five energy conversion processes (direct combustion, gasification, pyrolysis, anaerobic digestion and hydrothermal carbonization) with CPH as feedstock, were investigated. Several indicators were used for the review and comparison of the technologies. Anaerobic digestion and hydrothermal carbonization were found to be the most suitable conversion processes. For both technologies an analysis was conducted including technical, economic, environmental and social aspects. Based on the characterization of CPH, appropriate reactors and operating conditions were chosen for the two processes. Moreover, the plants were chosen to be coupled with CHP units, for heat and power generation. After the evaluation and calculation of the main products and by-products that can be obtained, an economic analysis was conducted. Most of the electricity was assumed to be sold to grid (0.10 USD/kWh), after self-utilization, and the by-products were assumed to be sold as bio-fertilizers or soil conditioners, in both cases. The prices suggested for the by-products were estimated based on their nutrient content. For the economic analysis, total investment costs, running costs, revenues and more economic indicators were obtained and calculated. Both case study plants were found to be economically feasible (NPV>0). After comparing the NPV values, hydrothermal carbonization had higher NPV value, meaning it is more profitable. Though, there are many more barriers to overcome for hydrothermal carbonization than for anaerobic digestion. Moreover, the two case study plants can help with GHG mitigation, since 1,760 - 1,980 tCO2 eq/year can be avoided. Furthermore, several social benefits were identified. In conclution, hydrothermal carbonization and anaerobic digestion plants, utilizing CPH for energy conversion are feasible and cost viable solutions. Although, the governmental support can reduce the risks by assisting in the promotion of the by-products markets.

The purpose of this thesis was to establish and quantify the improved real estate appraisal value that’s a result of enhancing the energy performance of commercial real estate in Sweden. The study has been carried out in co-operation with the real estate investment company Sveafastigheter, which is a prominent real estate investment company in Sweden.The thesis was conducted by energy auditing two buildings in different temperature regions of Sweden in order to find energy-efficiency measures (EEM) that could be implemented in the buildings. These measures were then assembled to the most cost-efficient energy performance improving packages. After the EEM packages were identified the buildings characteristic economic performance has been calculated upon in order to see how the effects of energy-efficiency impact asset evaluation and subsequently yield on investment. The main objective was to produce an alternative way to evaluate EEMs as part of the audited buildings as a whole, taking into account the value increase of the asset allowing for a shorter investment recuperation period.Traditionally the profitability of EEMs is assessed by using the technical lifetime of the equipment as a framework for the investment timeline. The results in this thesis provide an alternative way to value the profitability of EEMs by taking into account the increased value of the building, and thus the increased sales income which makes an energy-efficiency investment perform inherently better in case the property is sold before the technical life time of the improved technology has come to an end. / Meningen med detta examensarbete var att examinera och kvantifiera kommersiella fastigheters förbättrade marknadsvärde som ett direkt resultat av energieffektiviseringsåtgärder i fastigheten för att sedan härleda en ny metod för lönsamhetskalkyler. Examensarbetet har utförts i samarbete med Sveafastigheter som är ett ledande fastighetsinvesteringsbolag i Norden.Examensarbetet utfördes genom att granska två kommersiella fastigheter i två olika temperaturzoner i Sverige för att hitta energieffektiviseringsåtgärder som sammanställts till de mest gynnsamma energieffektiviseringshelheterna. Dessa helheter har sedan förslagits för implementering i de nämnda fastigheterna. Efter detta har fastigheternas ekonomiska prestanda granskats för att se hur energieffektiviseringshelheterna kunde öka fastigheternas värde. Målet med examensarbetet var att slutligen skapa en lönsamhetskalkyl för energieffektiviseringshelheterna som tar fastighetens värdeökning i beaktande.Traditionellt värderas en energieffektiviseringsåtgärd genom att värdera teknisk livslängd och kostnad av apparaturen jämfört med dess årliga besparing. En sådan lönsamhetskalkyl ger en bild av hur lönsam investeringen är utan att ta fastighetens värdeökning i hänsyn. Detta examensarbete ger en insikt i hur reducerade kostnadsnivåer leder till ett högre fastighetsvärde och därmed en något förändrad lönsamhet vid implementering av energieffektiviseringsåtgärder i fastigheter som kan komma att säljas relativt snabbt efter att förbättringarna har utförts.

After the great east earthquake in 2011, Japan has been under strong pressure for a restructuring of the energy supply structure. The Fukushima nuclear power plant accident, caused by an earthquake triggered giant tsunami, brought force to the shutdown of almost all nuclear plants in Japan and a national discussion on future energy structure arose. In 2012, a revised feed-in tariff was enforced, and Japanese energy policy has changed its direction to promote the introduction of renewables. Against the background, the aim of the thesis is to do a feasibility study of small-scale biomass power plant in Japan.Small scale biomass plants are expected to play an important role in the future expansion of distributed generation. It has been developed with its great advantages over other renewable resources for power generation such as high stability of power generation and high total energy conversion efficiency with CHP or tri-generation technology. In 2015, the Japanese government increased the purchase price of electricity from wood chip fueled small scale (< 2 000 kW) biomass power plants to 40JPY/kWh (0.29Euro) to promote implementation of small scale biomass plant.In this study, three electricity generating technologies were chosen as promising options: Steam cycle, ORC (Organic Rankine Cycle) and gasification connected to an internal combustion engine.NPV and IRR method were used to evaluate the feasibility of projects with the technologies, and it is found that none of the projects can be feasible in power only generation mode even under the high FIT price in Japan. In CHP mode, all technologies are feasible in specific ranges. Steam cycle plant is feasible in 1000 kW or larger plant and NPV reaches around 983 million JPY in 2000 kW plant. IRR is 12.4 % in the plant, but the steam cycle plant is susceptible to input parameters change especially fuel cost and the selling price of heat. As the values can fluctuate over the plant operation period, it poses a great risk to the project. ORC plant is also feasible in 1000 kW or larger plant, and NPV reaches 1,592 million JPY in 2000 kW plant. The IRR of the plant is 13.2 %, and it is the best values among the plants examined in this study. ORC plant is relatively insusceptible to parameter changes, but changes in fuel cost, capacity factor, and capital cost still has a measurable impact on the project’s feasibility. Gasification plant is feasible in all capacity ranges, and it is relatively competitive in smaller than 1000 kW plants. In 360 kW plant, NPV is around 43.6 million JPY and IRR is 6.5 %. In gasification, capacity factor is the critical factor which has the largest impact on the feasibility of the project.

There is an abundance of forest in Japan, yet a lack of utilization of woody biomass in energy systems. Small-scale woody biomass can enable a supply chain based on domestic forest integrated with local industry and demands, in turn facilitating local vitalization. Successful creation of collective energy systems is strongly connected to supply chain design based on local conditions and stakeholder integration. A supply chain perspective is key in enabling woody biomass energy systems. In these supply chains lies a complex stakeholder network across different industries, in turn incurring a need to understand both formal factors, such as technology, and informal factors, such as social relations and culture across these industries.The purpose of this study is to investigate the main challenges, success factors and convergence or divergence of perceptions of key stakeholders across the supply chain of small-scale woody biomass energy systems in Japan. In this study, the concept of small-scale woody biomass involves a supply chain based on domestic forest and integrated with local supply and demand. If the challenges and success factors, as well as balance of perceptions, can be highlighted and managed, small-scale woody biomass can be enabled by incorporating a system’s approach in supply chain analysis. This study employs a methodology incorporating literature studies and semi-structured interviews with experts to create an initial “pentagon model” presenting hypothesized success factors, including both formal and informal elements divided into five categories: technology, structure, social relations & network, culture and interaction. This is a base for the case studies, involving in-depth, semi-structured interviews with four key stakeholders in the woody biomass energy system supply chain, exploring their perceived challenges and success factors. The case studies are carried in Kyushu, the southernmost of the Japanese main islands, known for an abundance of forest alongside activity in the field of woody biomass.The main success factors emphasized by one or more of the interviewed case study stakeholders are respect of values & traditions, transportation infrastructure, business model integration, relationship & trust, local vitalization and biomass quality control. Interesting findings related to the relative success factor perceptions include the high emphasis in the upstream supply chain on respect & traditions of the forest industry, and lack of emphasis downstream. Moreover, biomass quality control is more discussed by the downstream supply chain as a main success factor. The success factors and balance of perceptions found in this study indicate the importance of both informal and formal elements in supply chain success, as well as managing a potential imbalance of perceptions. This study is meant to serve as a base for further studies on factors of the woody biomass energy system supply chain, and promote a system’s approach incorporating both formal and informal aspects in this research. / En stor del av Japan är täckt av skog, men biomassa från skogen används till en mycket liten del i landets energisystem. Småskaliga skogsbaserade biomassasystem är med fördel byggda på värdekedjor baserade på inhemsk skog, integrerade med det lokala näringslivet och lokal efterfrågan, som i sin tur kan möjliggöra vitalisering och tillväxt i dessa områden. Framgångsrika kollektiva energisystem är starkt kopplade till design av värdekedjor baserade på lokala förhållanden och integrering av flertalet intressenter. Ett komplett värdekedjeperspektiv är mycket viktigt för energisystem baserade på biomassa från skogen, då värdekedjorna bygger på komplexa intressentnätverk som sträcker sig över olika branscher. Detta skapar i sin tur ett starkt behov att förstå både formella faktorer, såsom teknik, och informella faktorer, såsom sociala relationer och kultur.Syftet med denna studie är att undersöka de största utmaningarna, framgångsfaktorerna och konvergensen eller divergensen av uppfattningar bland nyckelintressenter i hela värdekedjan av småskaliga energisystem drivna av biomassa från skogen i Japan. I denna studie innebär begreppet småskaliga system att de är baserade på inhemsk skog, samt integrerade med lokal tillgång och efterfrågan. Om utmaningar och framgångsfaktorer, liksom balansen av uppfattningar kring dessa, kan lyftas fram och behandlas, kan småskalig biomassa främjas genom etablering av ett systemtänk i analys av värdekedjan. I metoden för denna studie ingår literaturstudier och semistrukturerade intervjuer med experter för att skapa en grundläggande “pentagon-modell” som presenterar ett antal framgångsfaktorer för värdekedjan för småskalig biomassa i Japan. Denna modell inkluderar både formella och informella faktorer indelade i fem kategorier: teknik, struktur, sociala relationer & nätverk, kultur och interaktion. Modellen utgör grunden för fallstudierna inom denna studie som omfattar djupgående, semistrukturerade intervjuer med fyra nyckelaktörer i värdekedjan för småskalig biomassa. Genom dessa intervjuer utforskas aktörernas uppfattningar kring utmaningar och framgångfaktorer. Fallstudierna genomfördes på Kyushu, den sydligaste av de japanska huvudöarna, känd för en stor andel skog, en relativt aktiv skogsindustri samt ett visat intresse för bioenergi från skogen.De viktigaste framgångsfaktorerna som framhölls av en eller flera av de intervjuade aktörerna under fallstudierna är respekt för värderingar och traditioner, infrastruktur för transport av trä, integrering av affärsmodeller, relationer och förtroende, lokal vitalisering samt kontroll av biomassakvalitet. En intressant upptäckt relaterad till de relativa uppfattningarna av framgångsfaktorer, är den stora vikt som läggs uppströms i värdekedjan gällande respekt för traditioner inom skogsindustrin, samt brist på betoning av detta nedströms i kedjan. Därutöver anses kvaliteten av biomassa mycket viktigt nedströms i värdekedjan. Framgångsfaktorerna och obalansen av uppfattningar som påpekats i denna studie visar på vikten av både informella och formella faktorer, samt att hantera en potentiell obalans av uppfattningar kring dessa för att skapa framgångsrika värdekedjor. Denna studie är tänkt att ligga till grunden för framtida studier kring faktorer som påverkar värdekedjor för energisystem drivna av biomassa från skogen, samt att främja ett systemtänk som omfattar både formella och informella aspekter.

The building sector consumes about 40 % of the total global primary energy, 60 % of the total electricity and accounts for about 30 % of all greenhouse gas emissions (UNEP, 2015). The zero energy building (ZEB) concept is considered as a step towards reducing the environmental impact of the building sector (European Parliment, Council of the European Union, 2010). This work has reviewed the concept of ZEBs by looking at three different definitions available in Sweden: nearly ZEB by Boverket (the Swedish Board of Housing, Building and Planning), ZEB by Sveriges Centrum för Nollenergihus (SCNH), Swedish center for ZEBs, and net primary ZEB by Skanska. The proposal by Boverket may form a basis for the statutory requirements for all new buildings in Sweden after 2020. The work also comprised a performance analysis, as well as a review of the development process, of terraced houses in Sweden built by Skanska according to their net primary ZEB definition.The overall objective was to facilitate the implementation of future ZEB projects. This was done by highlighting differences among the three definitions and how the implementation of Boverket’s proposal will impact other definitions. The performance analysis and process review pinpointed problem areas, acknowledging both technical, social, and economic aspects linked to the ZEB concept, which can be improved in order to successfully implement ZEBs in the future.To compare the definitions, a framework developed by Sartori et al. was used (Sartori, et al., 2012). A deductive approach was then used where a numerical analysis of one the terraced houses energy system was compared to simulations. The focus for the definition and performance analysis was the energy use of the building. In order to take other perspectives into account, the occupant experience as well as the building development process were investigated. This was done using an inductive approach by conducting semi-structured qualitative interviews with occupants and employees of the construction company.The definition comparison showed that there are important differences among the three definitions. The main differences were the system boundaries, the net balance and the energy efficiency requirements. It also showed that Skanska’s definition is directly affected by Boverket’s proposal, while SCNH’s definition may be indirectly affected.The performance analysis together with the interviews with occupants showed that uncomfortable indoor temperatures were the main problem in the buildings of study. The conclusion was that the specifications of a ZEB has to be acknowledged when choosing technical installations in a building. Furtherly, information to the occupants is seen as an important aspect in order to help them maintain a comfortable indoor environment in their homes.Interviews with employees showed that some problems may have occurred due to a lack of understanding of and commitment to the ZEB concept. Furtherly, all involved in a ZEB project needs to be informed of the concept and energy targets and encouraged to successfully reach goals and to avoid miscommunication.For “pilot projects” like the one studied in this report, it is suggested to include detailed design earlier in the project, in order to include cost for specific solutions needed for a ZEB. Interviews with occupants indicated that some may be willing to pay more for a ZEB building, therefore it is recommended to investigate the value of marketing this. / Byggnadssektorn står för runt 40 % av världens totala primärenergibehov, 60 % av elbehovet samt ger upphov till omkring 30 % av alla växtgasutsläpp (UNEP, 2015). Konceptet nollenergihus anses vara ett steg på vägen till att reducera byggnadssektorns miljöpåverkan (European Parliment, Council of the European Union, 2010). Detta arbete har granskat konceptet nollenergihus genom att utvärdera tre olika svenska definitioner för detta: nära nollenergihus enligt Boverket, nollenergihus enligt Sveriges Centrum för Nollenergihus (SCNH) och netto noll primärenergihus enligt Skanska. Förslaget för nära nollenergihus av Boverket kan komma att ligga till grund för de lagstadgade kraven för alla nya byggnader i Sverige från 2020. Detta arbete behandlar även en driftutvärdering samt en analys av utvecklingsprocessen av ett grupp radhus i Sverige byggda av Skanska enligt deras definition av netto noll primärenergihus.Det övergripande målet var att förenkla för nollenergiprojekt i framtiden. Detta gjordes genom att belysa skillnader mellan de tre definitionerna och hur implementeringen av Boverkets förslag kan komma att påverka de övriga. Driftsanalysen och granskningen av utvecklingsprocessen utfördes för att visa på problemområden med förbättringspotential, både vad gäller tekniska, sociala och ekonomiska aspekter, kopplade till konceptet nollenergihus.För att jämföra de tre nollenergidefinitionerna, användes ett ramverk utvecklat av Sartori et al. (Sartori, et al., 2012). För att driftsutvärdera byggnadens energisystem användes en deduktiv metod där uppmätt och normaliserad data jämfördes med simulerade värden. Fokus för definitions – och driftsutvärderingen var byggnadens energianvändning. För att få ett bredare perspektiv så undersöktes användarnas upplevelser samt utvecklingsprocessen. En induktiv metod användes för detta där semistrukturerade, kvalitativa intervjuer med boende och personer som arbetat i projektet genomfördes.Jämförelsen av de tre definitionerna visade att det finns viktiga skillnader mellan dessa. De huvudsakliga skillnaderna berör systemgränser, nettobalanser och krav på energieffektivitet. Jämförelsen visar också att Skanskas definition skulle bli direkt påverkat om Boverkets förslag skulle träda i kraft, medan SCNHs förslag kan komma att bli indirekt påverkat.Driftsutvärderingen tillsammans med boendeintervjuerna visade att obekväma inomhustemperaturer har utgjort huvudproblemet i de undersökta radhusen. Slutsatsen som kan dras av detta är att hänsyn måste tas till specifika förutsättningar för nollenergihus vid val av tekniska lösningar i en sådan byggnad. Vidare anses information till de boende vara en annan viktig aspekt för att de ska kunna bibehålla en behaglig inomhusmiljö i sina hem.Intervjuer med anställda i projektet visar att vissa problem har uppkommit p.g.a. en bristande förståelse och engagemang för konceptet nollenergihus. Således behöver alla involverade i ett nollenergihusprojekt informeras om koncept och energimål och uppmuntras att arbeta enligt dessa för att kunna säkerställa att målen av ett nollenergihus kan nås, samt för att undvika missförstånd.För “pilotprojekt”, likt det som studerats i detta arbete, föreslås det att projektering bör tidigareläggas i arbetsprocessen, så att kostnaden för de specifika lösningarna inkluderas tidigt. Intervjuer med boende har indikerat att vissa kan tänka sig att betala mer för ett nollenergihus, varför det också rekommenderas att denna marknadspotential undersöks vidare.

China’s economic prosperity has led to a massive development in the hydropower sector. The Baihetan hydropower project is an ongoing construction and will become the third largest hydroelectric power plant in the world in regards to generating capacity and is projected to be finished in the year 2020.For every fault that an investment this massive has, it will lead to enormous cost and safety risks. Therefore the standards for every detail are especially high to ensure the success of its future operation. One of the risks is from the water jet impact on the downstream stilling basin that can cause erosion on the riverbed. The evaluation of this risk has previously been carried out by an experimental scaled model at the Department of Hydraulic Engineering at Tsinghua University in Beijing, China. This thesis will however evaluate the potential of exposing these risks and analyzing methods to minimize them through Computational Fluid Dynamics analysis.A Computational Fluid Dynamics model of a surface hole spillway was created in order to be compared and validated against the experimental results. The results in longitudinal direction are in good agreement with the experimental results, with an accuracy of the numerical model being 91% for the longitudinal distance and 98% for the longitudinal spread. The spread in the transverse direction was however inaccurate with a 40% accuracy in comparison to the experimental results. With a satisfying accuracy in longitudinal direction and a known error in the transverse direction, the numerical model can be used as an initial study for optimization by the implementation of a chute block.After the numerical model was validated against the experimental results, the spillway was redesigned with a chute block to compare performance compared to the original setup. With the chute block spillway, the trajectory of the water jet was angled away from the stilling basin’s center, and the longitudinal spread of the water jet at the impact with the stilling basin increased by 3 m, an increase of 34%. An average maximum dynamic pressure of 1,9 MPa was located in the center of the bulk flow. With the chute block, the pressure impact was located 2 m further away from the dam toe.The results from this thesis shows potential in usage of CFD models in order to evaluate water discharge performance and that the integration of a chute block shows promise in improving the efficiency of the spillway. However, the inaccuracies of the numerical model only make it viable to use as an initial study of design optimization and cannot replace physical scaled models. In order to make final conclusions the model must be improved further, and with tools of high capacity computational power, the model could be improved and simulate results closer to reality. / 中国经济的蓬勃发展带来了水电行业飞速的发展。当前正在建设中的白鹤滩水电站工程就发电容量而言将成为世界第三大水电站。工程预计在2020年完成。对诸如此类的大型投资来说，每一个故障都会导致巨大的经济损失和安全风险。因此对每个细部环节设立的标准都会尤其的高以保证其在未来正常的运作。其中一个风险因素来自于水流对下游消力池的冲击作用，这种冲击会导致河床的冲刷。隶属于清华大学的水利水电工程系利用比例实验模型已经对上述风险进行了评估。然而，本文将评估分析多种风险因素发生的可能性，以及从计算流体力学角度分析减少风险的方法。本文通过建立表孔溢洪道的计算流体力学模型来与试验结果比对。纵向尺度的结果和试验结果具有很高的一致性，其中数值模型纵向距离和纵向扩展的精度分别达到91%和98%。但横向扩展的结果与试验结果相比只有40%的精度。综上所述，纵向尺度的高精度和横向尺度上的小偏差证明这个数值模型可以被用于初步研究分流墩的实施优化。在利用数值模型验证试验结果之后，通过对已有的溢洪道重新设计添加一个分流墩来与原始设计相比，分析其应对性能的变化。陡槽式溢洪道的设计使得水射流的轨迹偏离消力池，并且水射流由其对消力池的影响使纵向扩展增加了3m，增加了34%。在主体流动的中心存在平均最大值为1.9MPa的水压力。因分流墩的存在，压力影响发生在离坝趾2m远的地方。本文中的结果体现了CFD模型的运用在评估水流流量性能方面的潜力。结果也显示了分流墩在提高溢洪道效率上的可行性。然而，这个数值模型的误差性使其只能被用于优化设计的初步研究，并且无法取代物理比例模型。模型需要被进一步完善以求得到最后的结论，而具有大容量计算能力的工具的使用使得模型可以被改进从而模拟出更接近实际的结果。 / Kinas ekonomiska tillväxt har bidragit till en massiv utveckling av vattenkraftsbaserad kraftproduktion. Det pågående byggnadsprojektet av vattenkraftverket Baihetan planeras att vara klart till år 2020, och när det står klart kommer det att vara världens tredje största vattenkraftverk vad gäller produktionskapacitet.För varje felaktighet i en investering av Baihetans storlek, kommer det att uppstå stora ekonomiska förluster och säkerhetsrisker. Att säkerställa kvaliteten i varje detalj är därför av extra stor vikt för att undvika förödande konsekvenser. En stor säkerhetsrisk för dammkonstruktionen är erosion av grundfundamentet nedströms av dammen som resultat av en ineffektiv vattenavledning från utskoven. Utvärderingar av denna risk har tidigare genomförts genom experiment på en nerskalad modell vid Institutionen för Hydraulik på Tsinghua Universitet i Peking, Kina. Detta projekt kommer att utvärdera möjligheten att undersöka detta riskmoment och analysera metoder för att minimera dem med hjälp av en numerisk CFD-modell.En CFD-modell för ett av Baihetans utskov har därför konstruerats i syfte att jämföras och valideras mot data från de experimentella resultaten. Resultaten från den numeriska modellen visar god överstämmelse med de experimentella resultaten i longitudinal riktning av jetstrålens nedslagspunkt, med en överenstämmelse på 91% i avståndet från dammen och på 98% i vattnets spridning. Spridningens för jetstrålens bredd är däremot inte tillräckligt noggrann med en överenstämmelse på endast 40% av de experimentella resultaten. Med en god noggrannhet i longitudinal riktning och det dokumenterade felet i transversal riktning, kan CFD-modellen användas för en första analys över effekterna av att optimera energiavledningen genom integration av ett block i utskovets utlopp.Efter valideringen av den numeriska modellen optimerades utskovets geometri med ett block vid utloppet, i syfte att öka spridningen och riktningen för jetstrålen. Det optimerade utskovet testades mot den originella designen för att utvärdera skillnaderna. Med det tillagda blocket riktades jetstrålen bort från nedströmsbassängens mitt och den longitudinella spridningen av vattnet vid nedslagspunkten ökade med 3 m, en förbättring på 34%. Ett maximalt dynamiskt tryck på 1,9 MPa för båda utskoven mättes upp i jetstrålens mitt. Med den optimerade block-designen verkade detta tryck på ett avstånd 2 m längre ifrån dammen jämfört med den originella designen.Resultaten visar potential i användningen av CFD-modeller för att utvärdera avledningen av vatten genom en damms utskov, samt att en integrering av ett block i utskovets utlopp har möjligheten att öka effektiviteten av energiavledningen. Däremot har den numeriska modellen i sin nuvarande version en noggrannhet som endast kan användas för förstudier i optimeringsarbete, och den kan inte ersätta fysiska modeller. För att CFD-modellen ska kunna användas med samma precision som en fysisk modell måste den utvecklas vidare, och med en ökad beräkningskraft har modellen möjlighet att utvecklas till att nå verklighetsmässiga resultat.

Due to the increase of intermittent power in the Nordic grid the need for frequency regulation increases. Hydropower has the ability to respond fast to frequency changes in the grid and is the power source mainly used to regulate the frequency in the Nordic grid. There are different types of frequency regulation and this thesis has focused on primary frequency regulation which purpose is to keep the frequency within the range of ±0.1 Hz from the nominal frequency.For a hydropower station operated in frequency regulating mode the amount of movements in the regulating mechanism increases, especially if it is a Kaplan turbine since it can regulate both the guide vanes and the runner blades. When the hydropower station changes the produced power there are large servomotor forces applied to the regulating mechanism to open or close the wicket gate and the runner blade. During frequency regulation these changes occurs frequently and the risk of fatigue failure increases.The resulting servomotor force in the wicket gate and the runner was calculated from measured data of the servomotor pressure and the dimensions of the servomotors. The angles between the components in the regulating mechanism were calculated knowing the angle of the guide vanes and the runner blades, which was used for translating the servomotor force through the regulating mechanism. The stresses in each component were calculated and the stress cycles were counted which was used to estimate the life time of the components.The larges stresses in the regulating mechanism were found in the runner links and the connecting pins in the runner. In the wicket gate the largest stresses were calculated in the connecting pin between the servomotor and the operating ring, however the stress amplitudes were small, thus fatigue calculations were considered unnecessary. Both the link and connecting pin has an estimated life time which is larger than the commonly used turbine life time of 40-50 years. Even though the life time of the components are above the design criteria it could be improved by implementing a two measure filtering system develop by Voith Hydro. / På grund av ökande intermittenta kraftkällor i det Nordiska elnätet ökar behovet av frekvensreglering. Vattenkraft kan reagera snabbt när frekvensen ändras i elnätet och är den kraftkälla som huvudsakligen används i det Nordiska elnätet för att reglera frekvensen. Det finns olika typer av frekvensreglering men detta examensarbete har enbart fokuserat på primär frekvensreglering, vilket har som syfte att hålla frekvensen inom spannet ±0.1 Hz från den nominella frekvensen.Om ett vattenkraftverk börjar reglera frekvensen på elnätet så innebär det ökade rörelser i reglermekanismen, speciellt om det är en Kaplanturbin eftersom att den kan reglera både led- och löpskovlarna. När ett vattenkraftverk ändrar uteffekten innebär det att servomotorer kommer att applicera stora krafter till reglermekanismen för att öppna eller stänga pådraget och löpskovlarna. Vid frekvensreglering förekommer frekventa ändringar av uteffekten vilket innebär en ökad risk för utmattningsbrott.Kraften från servomotorn i ledkransen och löphjulet räknades ut från mätdata över trycket i servomotorerna och genom att veta servomotorernas dimensioner. Genom att veta positionen på led- och löpskovlar så kunde vinklarna mellan komponenterna i reglermekanismen bestämmas och med hjälp av dessa kunde kraften från servomotorn överföras till komponenterna. Spänningarna i komponenterna beräknades, spänningscyklerna räknades och sedan användes dessa till att uppskatta livstiden för varje komponent.De största spänningarna i reglermekanismen beräknades i länken och länktappen i löphjulet. I ledkransen så var spänningarna störst i tappen mellan servomotorn och reglerringen, dock var spänningarna av amplituder så att utmattningsberäkningar inte ansågs nödvändigt. Både länken och länktappen hade en uppskattad livstid som var större än 40-50 år, vilket ofta används som den livstid en turbin minst ska klara av. Även om de beräknade livstiderna är över den minsta livstiden för en turbin så kan livstiden ökas ytterligare genom ett filtreringssystem utvecklat av Voith Hydro.

As a consequence of the increasing energy demand, the European Commission is making stricter regulations concerning energy use. In Sweden, a third of the energy is used by buildings and 60 % of that is used for heating, meaning that there is potential for saving energy in buildings by using it more efficiently. In this report, insulated window shutters are examined in order to see if they have any positive effect on the energy performance in a Swedish office building. The shutters are compared to a baseline scenario and a scenario where low-energy windows are used. Simulations of the different scenarios are carried out in IDA Indoor Climate and Energy where space heating, space cooling and electricity are studied. The simulations serve as a basis for an economic and environmental comparison.The results show the largest reduction in energy use and CO2 emissions by using insulated window shutters in the building, however, they are also the most expensive solution due to investment, installation and maintenance costs. The baseline scenario has the highest energy use but it is also the cheapest one. The shutters are the most cost effective solution to lower the energy use and the CO2 emissions compared to the levels in the baseline scenario.A recommendation for future work is to investigate how to manufacture, operate and implement the shutters in order to make a commercially available product, which includes experiments and case studies. / På grund av det ökande energibehovet har den Europeiska kommissionen gjort striktare regleringar angående energianvändning. I Sverige går en tredjedel av energianvändningen till byggnader, varav 60 % går till uppvärmning. Detta gör att det finns potential för energibesparingar i byggnader genom att öka energieffektiviteten.I denna rapport undersöks isolerade fönsterluckor för att se om de kan öka energiprestandan på ett svenskt kontorshus. Luckorna jämförs med ett referensscenario och ett scenario där lågenergifönster används. Simuleringar utförs i programmet IDA Indoor Climate and Energy där värme, kyla och fastighetsel studeras. Dessa simuleringar utgör även en grund för en ekonomi- och miljöanalys.Resultatet visar att den största minskningen i energianvändning och koldioxidutsläpp fås av scenariot med isolerade fönsterluckor men det är också den dyraste lösningen på grund av investerings, drift och underhållskostnader. Referensscenariot har störst energianvändning men är också det billigaste. För att minska energianvändningen och koldioxidutsläppen från nivåerna i referensscenariot är fönsterluckorna det mest kostnadseffektiva alternativet.För framtida arbete rekommenderas att undersöka hur man ska tillverka, driva och implementera luckorna för att kunna göra en tillgänglig kommersiell produkt vilket inkluderar experiment och fältstudier.

As the requirement for specific energy usage is tightened it becomes more important to ensure that the most cost-efficient combinations of energy saving measures are presented. This master thesis have been developed based on one main research question and two sub-questions; How can MOBO and IDA ICE be utilized to identify cost-efficient combinations of energy saving measures to meet tightened requirements for specific energy usage?; Which parameters are included in such an utilization?; and How can the number of interesting data points be decreased so that the most appropriate solution is found?. In order to answer the questions MOBO and IDA ICE have been utilized by varying different windows, the amount of insulation in external floors and roofs as well as different air handling units can be varied simultaneously. Thus the most cost-efficient combinations of energy saving measures can be obtained through a systematic approach. Furthermore a cost-efficiency analysis has been made for installation of waste water heat exchanger, solar PVs and a pre-heating system for ventilation air. The cost-efficiency analysis is made from a basis of a tightened requirement of specific energy usage by 30 %.The results have been obtained by utilizing MOBO in combination with IDA ICE. By a large number of simulations through MOBO on four case studies the most cost-efficient combination of energy saving measures is presented. By simulations on different case studies it was shown that the shape of the Pareto fronts are similar. The results show that it is important to set the initial conditions of a building so that it is possible to reach tightened requirements for specific energy usage. In case the initial conditions are poor it can be seen that the requirement cannot be met cost-efficient since the number of energy saving measures are large and the relative investment cost increases rapidly.The conclusion of the main research question is that MOBO could be used in an early stage of the development process so that the initial conditions can be set in such a way that the tightened requirements for specific energy usage can be met cost-efficient. Cost-efficient combinations of energy saving measures can be identified by utilizing MOBO in combination with IDA ICE. Furthermore, energy saving measures that result in a significant energy saving to a relatively small additional investment cost can be found. Lastly, by utilizing MOBO new technical platforms can be developed with a systematic approach.The conclusion of the first sub-question is that the following parameters are included; three different AHUs, three different window resources with different u-values, two different external walls, three different amount of additional insulation in the roof and two different amount of insulation in the external floor. Furthermore, the results obtained by utilizing MOBO and IDA ICE can be combined by installations of WWHex and solar PVs in case it is cost-efficient. An additional analysis should be made for each case.The conclusion of the last sub-question is that the number of interesting data point can be reduced by only use the Pareto front. In addition a tightened requirement of specific energy usage in combination with a budget requirement results in only a few appropriate combinations of energy saving measures. / I takt med att energikraven i byggnader skärps ställs det allt högre krav på att säkerställa att de mest kostnadseffektiva lösningarna presenteras. Denna mastersuppsats har baserats på en huvudfrågeställning och två delfrågeställningar; Hur kan MOBO och IDA ICE användas för att hitta kostnadseffektiva kombinationer av energibesparande åtgärder, för att uppnå skärpta krav på specifik energianvändning?; Vilka parametrar inkluderas i en sådan användning?; och Hur kan antalet intressanta datapunkter reduceras så att den mest lämpliga kombinationen av energibesparande åtgärder presenteras?. För att besvara dessa frågor har MOBO och IDA ICE används där olika fönster, mängd isolering i tak och grundplatta samt olika luftbehandlingsaggregat varierats samtidigt. Detta för att erhålls de mest kostnadseffektiva lösningarna på ett systematiskt sätt. Vidare har en kostnadseffektivitetsanalys gjorts för installation av avloppsvärmeväxlare, solceller samt ett förvärmningssystem för ventilationsluft. Kostnadseffektivitetsanalysen är utförd utifrån tesen att kravet på specifik energianvändning troligtvis kommer att skärpas med 30 %.De resultat som erhållits är framtagna med användning av MOBO i kombination med IDA ICE. Efter ett flertal simuleringar med hjälp av MOBO och IDA ICE har resultat erhållits där de mest kostnadseffektiva kombinationerna av energibesparande åtgärder för olika fallstudier kan presenteras. Efter att MOBO används på olika byggnader har det visats att formen på Pareto-fronterna är av samma karaktär. De resultat som erhållits visar att det är viktigt att säkerställa att de initiala förutsättningarna möjliggör att det går att uppnå skärpta energikrav. Vid mindre bra grundförutsättningar blir det inte kostnadseffektivt att uppnå ett skärpt energikrav eftersom antalet energibesparande åtgärder blir fler och därmed skenar den relativa investeringskostnaden iväg onödigt mycket.Slutssaten av huvudfrågeställningen är att genom att använda MOBO i ett tidigt skede av projekteringen kan de initiala förutsättningarna sättas på ett sådant sätt att det är möjligt att uppfylla skärpta energikrav kostnadseffektivit. Genom användning av MOBO kan kombinationer av energibesparande åtgärder utvärderas på ett systematiskt sätt. Vidare kan åtgärder som har en relativt liten investeringskostnad och som samtidigt har en signifikant energibesparing identifieras. Dessutom kan MOBO användas för att utveckla de tekniska plattformarna.Slutsatsen av den första delfrågan är att följande parametrar inkluderas; tre olika luftbehandlingsaggregat, tre olika fönster med olika U-värden, två olika ytterväggar, tre olika mängder tilläggsisolering i tak samt två olika mängder isolering i grundplattan. Vidare kan resultaten som erhållits med hjälp av MOBO och IDA ICE fördelaktigt analyseras i kombination med ytterligare åtgärder såsom avloppsvärmeväxlare och solceller utifrån en kostnadseffektivitetsanalys. I ännu sällsynta fall kan det vara aktuellt med installation av ett förvärmningssystem för ventilationsluft.Slutsatsen av den andra delfrågan är att antalet intressanta mätpunkter kan reduceras genom att enbart studera Pareto-fronten samt att ett skärpt energikrav i kombination av ett budgetkrav enbart ger ett fåtal passande kombinationer av energibesparande åtgärder.