The fast depletion of fossil fuel has increased the havoc and need of finding an alternative for the existing fossil fuel based energy industry. As a result, many renewable energy sources such as Solar, Wind, Geo Thermal, Bio mass, etc... are being looked in to. One of the major sources of renewable energy is our sun. There are two methods of tapping the energy from the sun. 1. Solar Thermal It involves using the sun’s heat directly in some processes or indirectly to produce electricity. 2. Photo Voltaic It involves using the light to produce electricity using Photo Voltaic cells. This report involves only the Solar Thermal part where the sun’s heat is indirectly used to produce electricity. This report focuses mainly on a method known as Compact Linear Fresnel Reflectors (CLFR). This method involves the focusing of sun’s energy to an over head tube through mirrors arranged to form the shape similar to that of a Fresnel lens and hence the name. Water runs in the over head tube, the focused energy from the sun, heats up the over head tube and produces steam which in turn runs a steam turbine which in turn produces electricity. This report focuses mainly the potential of using CLFR technology to be augmented in to existing coal fired power plants in India. India has a solar reception of 5 Peta watt hours per year with an average of 4 – 7 kW/m2 DNI. One of National Thermal Power Corporation’s Coal fired thermal power station, Dadri Thermal Power Station, has been chosen for the purpose of case study for this particular thesis. Since there is coal shortage at the power plant location and the plant is not able to produce the peak load, our primary objective was to achieve the production of peak load. The existing power cycle and the solar steam augmented power cycles have been simulated using Thermoflow software and the results have been tabulated.

Human needs are unlimited, but resources are limited to satisfy these needs. Because of this reason, consideration of sustainability in utilization of energy is of immense importance. As an intelligent species, mankind is interested in satisfying their needs sustainably. In this view, use of renewable energy, reduction of energy usage, and reduction/ elimination of use of fossil fuels are of great importance. It can be observed that there is rising demand for space cooling, and it has the highest share of energy consumption in the building sector. Colombo, Sri Lanka has a hot and humid climate, and above mentioned condition prominently prevails. On the other hand Sri Lanka experiences a considerable increase of energy demand and electricity tariff rates annually and this trend is prominent. Therefore the demand for finding energy efficient, renewable and cost effective solution is ever increasing. Accordingly, this study was carried out to conduct a techno-economic feasibility on thermal energy storage integrated into absorption chiller. Both these technologies are commercially available and have the measure towards sustainability. It was observed that most common air conditioning applications are in office buildings, and therefore the focus of this study is on a typical office building in Colombo city. The result of the study can be then applied to other office buildings in the city. Trace700 software tool was used to model and simulate the different system alternatives and to investigate the energy and economic performance. It was found that the cool thermal storage integrated into thermally driven absorption chiller has a good energy saving and cost saving potential and biogas can be a better energy source to supply the thermal energy required by the chiller and this energy is utilized in a sustainable manner.

De senaste 25 åren har präglats av en betydande ökning av efterfrågan på el. Tyvärr har den ökade el-produktionen skett utan hänsyn till miljön och genom ökning av CO2-utsläppen. Under de senaste decennierna har nya metoder för produktion av el från förnybara källor uppstått. I motsats till solcellspaneler eller vindkraftverk som är beroende av väderförhållandena, ”Organic Rankin Cycle” ORC erbjuda ett trovärdigt alternativ för elproduktionen. Idag tillverkas ORC av många företag. Till exempel erbjuder ett franskt företag två standardsortiment av ORC produkter som använder icke-brännbar, giftfri arbetsfluider. Emellertid är maskinernas arbetskapacitet begränsad, eftersom arbetsfluiden inte är lämplig för återvinning av värme från värmekällor över 200 °C. Denna avhandling utfördes för att förstå design parameter för en ORC maskin som arbetar, främst med fokus på arbetsfluid urvalsprocess och för att förstå de viktigaste orsakerna, varför inga sådana maskiner som använder icke-brännbar arbetsfluider kommersialiseras. Studien bygger på en litteraturgenomgång som belyser lämpliga vätskor för återvinning av låga temperaturer. Fyra vätskor valdes för studien: ett kolväte (Cyclopentan), två silikonoljor (MM och MDM) och HFC 245fa. Det senare är valt för att det är inte brännbart. Tekniska parametrar - t.ex. driftstryck och temperaturer, klämpunkter, rök kylförmåga, NPSH etc. är av intresse i detta arbet. Men ekonomiska parametrar är också avgörande, eftersom maskinerna är tänkt att vara lönsamma. Flera högpresterande ORC maskiner påträffades i litteraturen för återvinning av värme från högre temperatur med cirka 24 % verkningsgrad, dock arbetsfluiderna är brännbara och gift baserade. R245fa fungerar bra, men denna vätska ger en mindre effektiv cykeln bland de fyra ovan nämnda. Dessutom presenterar det högt förångningstryck som är nödvändig leder till en ökning av kostnader för alla komponenter och öka risk för läckage. Det finnas flera frågor som ska beaktas, såsom dess termiska stabilitet i kritiska tillstånd och dess betydande inverkan på miljön (högt GWP). Av alla dessa skäl, var R245fa inte betraktas som tillräckligt bra som arbetsfluid. Efter en serie simuleringar, var MM anses vara den bästa vätskan med optimal avvägning mellan prestanda och ekonomiska faktorer. Cykeln når upp till 20,8% verkningsgrad för ångor nedkylning till 230 °C. Ändå kan elproduktionen ökas med 65 % genom att något minska cykeleffektiviteten men sänka utloppstemperaturen. / The last 25 years have been characterized by a significant rise in electricity demand. Unfortunately, the power sector has grown through very polluting power plants to meet the demand, drastically increasing the CO2 emissions. The International Energy Agency advocates for low-carbon technology investments in the power sector to curb out this phenomenon. During the last decades, new means of producing electricity from renewable sources have arisen. Contrary to PV panels or wind turbines which are dependent on weather conditions, ORCs offer a credible alternative for based-load electricity production. Many companies now manufacture ORC machines. For instance, one French company offers two standard ranges of ORC product featuring one indisputable advantage: their machines use a non-flammable, non-toxic working fluid. However, their machines’ performance is limited, as the fluid is not suitable for recovering heat from sources above 200°C. More performant ORC machines were found in the literature, recovering heat from higher temperature sources – with about 24% efficiency – however without featuring the advantage of using a non-flammable, non-toxic working fluid. This thesis was carried out in order to understand the conception work of an ORC machine, mainly focusing on the working fluid selection process to understand the main reasons why no such highly efficient machine using a non-flammable working fluid was ever commercialized. The study first relies on a literature review that highlights the suitable fluids for high temperature recovery. Four fluids – those with the highest likeliness of technical and economic feasibility – were selected for the study: one hydrocarbon (Cyclopentane), two silicon oils (MM and MDM) and the HFC 245fa. The latter is chosen for its non-flammability property, this attractive feature that is not yet done in High Temperature ORC machines. Technical parameters – such as operating pressures and temperatures, pinch points, fumes cooling ability, NPSH… - are focused on in an early stage. However, economic parameters are also decisive, since the machine is supposed to be much profitable. R245fa yields proper performance, however this fluid leads to the less efficient cycle among the four aforementioned. Moreover, it presents high evaporating pressure that necessarily leads to a rise in all components cost and increase the risk of leakage. Other issues were identified, such as its questionable thermal stability in the critical state and its significant impact on the environment (high GWP). For all these reasons, this non-flammable working fluid was not considered as valuable enough for the machine. After a series of simulations, MM was regarded as the best fluid with optimal trade-off between performance and economic factors. The cycle reaches up to 20.8% efficiency for fumes cooling down to 230°C. Yet, the electricity production can be increased by 65% by slightly reducing the cycle efficiency but lowering the fumes outlet temperature – as it increases thermal power recovery from a given fumes mass flow.

This thesis focuses on assessing current technologies, policies, KPIs and modelling tools for enhancing the characterization of current energy demand coming from the residential sector in long term energy models. Today, thanks to the increasing spreading of smart grid and metering systems through the energy sector, new features are made available, allowing for more customized and optimal use of energy technologies, according to consumers’ behaviours and attitudes that affect energy demand. Through the assessment undertaken in this study, a more detailed representation of the residential demand has been made possible. In addition, it has been allowed also to identify potential benefits coming from a more flexible use of technologies and the consumer’s engagement in optimally monitoring and managing energy consumption. Finally, the OSeMOSYS modelling tool has been enhanced with a better characterisation of the demand side in its Reference Energy System. A solution for defining rates of flexibility for the demand side technologies analysed has been proposed. In addition, a theoretical framework for integrating consumers’ behaviours and attitudes in the system has been developed. This has been based on the modelling of virtual technologies representing costs and variations in energy demand associated with specific behavioural patterns, following the example provided by the Socio-MARKAL model. / Denna Thesis fokuserar på att bedöma nuvarande teknik, politik, nyckeltal och modelleringsverktyg i syftet att förbättra hur den aktuella energiefterfrågan av bostadssektorn karakteriseras i långsiktiga energimodeller. Idag har spridningen av smarta nät och mätsystem inom energisektorn ökats. Dessa tillbringar nya funktioner som möjliggör en mer anpassad och optimal användning av energiteknik: de kan nu följa beteenden och attityder som påverkar konsumenternas efterfrågan på energi. Bedömningen som genomförts i denna studie möjliggör en mer detaljerad representation av bostäders efterfrågan. Dessutom kan vi nu upptäcka de potentiella fördelarna av att, å ena sidan, ha flexibla användningar av teknologier, och, å det andra, att ha engagerade konsumenter som övervakar det optimala styrning av deras energikonsumtion. Slutligen har det OSeMOSYS modelleringsverktyget stärkts genom en bättre beskrivning av Reference Energy Systems efterfrågesida. En lösning som definierar flexibilitetsnivåer på efterfrågesidan teknologier som analyserats har föreslagits. Dessutom har ett teoretiskt ramverk som integrerar konsumenternas beteenden och attityder in i systemet utvecklats. Med referens till den Socio MARKAL-modellen har detta baserats på modellering av virtuella teknologier som föreställer både kostnader av och variationer i efterfrågan på energi i samband med specifika beteendemönster.

Environmental changes caused by human activities are frequently discussed issues andrenewable energy is given increased technological and political attention. The Swedish politicaltarget of a growth of renewable energy has boosted investment in weather dependent wind powerproduction. As a larger share of the energy supply becomes intermittent, the energy system faceschallenges in balancing the grid and maintaining a secure energy supply. Thus, new requirementson regulating capacity will be necessary to drive this transformation. AB Fortum Värme samägtmed Stockholms Stad (Fortum Heat), a district heating company operating in the Stockholmregion, has the potential to adapt its electricity production to market variations. The flexibilityoriginates from a large variation of technologies and fuels used, and the company is both aconsumer and producer of electricity. However, the electrical flexibility is limited by rampingtimes and the heating demand of the market, and inaccurate forecasts complicate the planningprocess. In this report, the historical hourly variations of wind power production from 2011-2015 inSweden were investigated and compared with the technical flexibility of Fortum Heat. Thevariations were found to be in line with the current ramping times of the company’s power plantsbut would in some cases require the plants to be in stand by mode, posing higher economic risksfor the company. The seasonal variations in Fortum Heat’s flexibility were also found tocoincide with the changes of wind power production, with some exceptions. During extremelylow temperatures, Fortum Heat produces heat alone due to liabilities towards the district heatingcustomers. Consequently, as wind power production was lower during these temperatures,Fortum Heat has to decrease its dependency on heat only production in order to enable electricityproduction. Furthermore, wind power production was smaller during higher temperatures, whenFortum Heat’s flexibility is low. Condensing power could be operated during these temperatures,but require that maintenance would have to be planned accordingly. / Miljöförändringar orsakade av mänskliga aktiviteter är ett ofta diskuterat problem och förnybarenergi ges allt större teknisk och politisk uppmärksamhet. Det svenska politiska målet om enökning i förnybar energi har gett ett uppsving för investeringar i väderberoendevindkraftsproduktion. Då en större del av energiutbudet blir intermittent uppkommer svårigheteri att balansera elnätet och att upprätthålla ett säkert energiutbud. Därför kommer nya krav påreglerkapacitet att vara nödvändiga för att driva på denna transformation. AB Fortum Värmesamägt med Stockholms Stad, ett fjärrvärmeföretag med verksamhet i Stockholmsregionen, harpotentialen att anpassa sin elektricitetsproduktion till marknadsvariationer. Flexibilitetenkommer från stora variationer i teknik och bränsle, och företaget är både konsument ochproducent av elektricitet. Den elektriska flexibiliteten är dock begränsad av rampingtider samtmarknadens värmebehov och felaktiga prognoser kan försvåra planeringsprocessen. I denna rapport undersöks de historiska, timvisa variationerna i vindkraftsproduktion mellan2011-2015 i Sverige och jämförs med den tekniska flexibiliteten hos Fortum Värme. Enligtuträkningarna visade sig variationerna vara i linje med de nuvarande rampingtiderna hosföretagets anläggningar, men kunde i några fall kräva att verken opererar i stand by vilket i sintur utgör en högre risk för företaget. Säsongsvariationerna för Fortum Värmes flexibilitetsammanföll enligt beräkningarna med förändringarna i vindkraftsproduktion, med vissaundantag. Under extremt låga temperaturer producerade företaget endast värme på grund avskyldigheter mot sina fjärrvärmekunder. Eftersom vindkraftsproduktionen minskar under lågatemperaturer måste därmed Fortum Värme minska sitt beroende av endast värmeproduktion föratt möjliggöra elproduktion. Vindkraftsproduktion var dessutom mindre under högretemperaturer, när Fortum Värmes flexibilitet är låg. Kondenskraft kan i dessa fall vara ettalternativ men kräver att underhåll planeras i enlighet med elbehovet.

Electric and hybrid cars is one of the technologies to reduce the uses of fossil fuel. What is common with an electric car and a hybrid car is the use of battery to store electrical energy. To sustain high performance, long lifetime and to keep high safety in an electric vehicle it’s very important to control the temperature of the battery cells. Therefore it’s important to have a sufficient and well-designed cooling system that can keep the battery cells within recommended temperature range when the car is driving. In this thesis, battery cooling and battery heat generation in the KTH formula student car “EV12e” are simulated and analyzed. The first part is to modulate the heat production that can occur when driving the car at the formula student competition. The second part is analyzing predesigned air-cooling. The “Thévenin Equivalent circuit” was used as battery model with a fixed value of cells internal resistance, the heat was approximated with Joule heating and the internal chemical heating was neglected. By using logged data from last year’s car “EV11e” on Silverstone 2015, a drive cycle could be estimated for EV12e with driving time and by using a parametric study of driving behavior. To simulate the airflow and heat transfer in cooling channels the software “COMSOL Multiphysics®”. Simplified geometric structure of the battery and cooling channels were imported to the software together with parameters specified from the car “EV12e”. This data was then used to simulate the temperature changes in the battery. The result showed that the battery generates 0.8-1.4MJ heating at 500-900W, for driving time of 25 minutes and a specific driving behavior. When driving at 500W output power under outdoor temperature of 30 o C, the maximum temperature of the battery reaches 49 o C at the end of the race. If the driver uses the maximum theoretical power output, the internal heating can come up to 950W after 25 min driving and reaches temperature of 64 o C with the initial and outdoor temperature of 25 o C. The pre-designed air cooling can manage to keep the battery temperature under the maximum allowable battery cell temperature with the outdoor temperature at 25 o C or lower. If the outdoor temperature is higher than 25 o C the driver will have to consider the battery temperature when driving and should avoid quick accelerations. / Eldrivna bilar och elhybridbilar är en av de tekniska lösningarna för att minska användandet av fossila bränslen. Gemensamt för el och hybridbilar är att båda använder sig av batterier för att lagra elektrisk energi. För att erhålla bra prestanda, livslängd och säkerhet i ett eldrivet fordon är batteriernas temperatur en mycket avgörande faktor. För att undvika att temperaturen blir allt för hög i battericellerna behövs ett väldesignat kylsystem för att ta hand om värmeutvecklingen som uppstår inuti cellerna när bilen körs. I den här rapporten analyseras luftkylningen och värmeutvecklingen av högspänningsbatteriet i KTH Formulastudent bilen ”EV12e”. Arbetet är uppdelat i två delar: Första delen handlar om att göra en modell för värmeutvecklingen som uppstår i battericellerna vid tävling, andra delen utgörs av CFD med värmeöverföring och analysera om den redan designade luftkylningen är tillräcklig för att undvika överhettning under körning. I modell uppställningen för spillvärme användes Thévenin Equivalent ciruct som batterimodell och majoriteten av spillvärmen antogs komma från Ohm:isk uppvärmning. Genom att utgå från kör data med KTH Formula student bil ”EV11e” som tävlade 2015 på Silverstone kunde en modifierad körcykel för EV12e tas fram utifrån antagande om körtid och förarbeteende. För att simulera luftflöde i kylkanaler, värmeöverföring och batteriets temperatur användes simuleringar med FEM i programmet COMSOL Multiphysics®. I programmet importerades en geometrisk förenklad modell av batteriet till ”EV12e” samt in parametrar med bland annat den beräknade värmeutvecklingen. Resultatet var att batteriet genererar 0,8-1,4M Joule resistiv värme, vilket ger en genomsnittlig uppvärmning av 500-900W om körtiden antas vara 25minuter. Vid en körstill där batteriet genererar 500W spillvärme och en utomhus temperatur av 30o C blir den högsta uppmäta temperaturen 49o C efter körning. Om föraren istället använder maximala kapaciteten av batteriet kan den interna uppvärmningen bli som mest 950W vilket ger en högsta temperatur på 64o C om utomhus temperaturen är 25o C. Slutsatsen är att batteriets kylsystem klarar av att hantera värmeutveckling i batteriet för en utomhus temperaturen är som mest 25o C, om utomhustemperaturen är högre behöver förare anpassa sin körstill för att inte riskera att batterierna blir varmare än den maximala temperaturen på 65o C.

Progress in the miniaturization and performance in the development of electronic components along withthe increased heat dissipation as a result of this, forces companies in the industry to streamline the productdevelopment and its thermal design procedures. The rapid development of electronical equipmentrequires the company to conduct detailed risk assessment and comprehensive design calculations to assurethat the product’s reliability and requirements are up to thermal standard. To be able to keep up with theever-changing technology with increased heat dissipation, companies need to incorporate an effectivethermal design in their product development cycle. In this report, an outline is proposed to what acompany with an already established product development cycle can do to include thermal thinking intheir design of products. The project is carried out in correspondence with FLIR Systems at whosefacilities the project was conducted. The project goals were to present a thermal design process that thecompany could use as a guideline and later test this methodology on a product with known thermalchallenges. In the background research, it was discovered that a few, yet simple, steps had to be taken tobe able to effectively incorporate thermal design. This also included a selection of simulation software tosimulate the product in different stages of the development cycle to assess the thermal situation. Severalsoftwares were analyzed and two were picked out for further analysis; FloTHERM XT and SolidWorksFlow Simulation. The results show that these software effectively could simulate a model with adequateaccuracy to be used in decision-making, but could increase in accuracy if proper steps are taken beforeactual application. / Framsteg inom miniatyrisering och prestanda i elektroniska komponenter tillsammans med den ökadevärmegenereringen som en följd av detta tvingar företag i elektronikbranschen att effektiviseraproduktutvecklingen inom termisk design. Den snabba utvecklingen av elektronisk utrustning kräver attföretag genomför detaljerade riskbedömningar och omfattande konstruktionsberäkningar för attsäkerställa att produkterna upprätthåller tillförlitligheten och kraven som är satta. För att kunna hållajämna steg med den ständigt föränderliga tekniken behöver företagen införliva en effektiv termisk design isin produktutvecklingscykel. Denna rapport agerar som ett utkast till ett förslag på vad ett företag med enredan etablerad produktutvecklingscykel kan göra för att inkludera termisk tänkande i sin design avprodukter. Projektet är framtaget i överensstämmelse med FLIR Systems på vars anläggningar projektetgenomfördes. Målet med projektet var att presentera en termisk designprocess som företaget kan användasom en riktlinje och senare testa denna metod på en produkt med kända termiska utmaningar. I förstudienupptäcktes det att ett antal, men enkla, steg behövs vidtas för att effektivt kunna införliva termisk design iföretagets produktutveckling. Detta innefattade även att evaluera ett antal simuleringsprogram för attsimulera produkten i olika stadier av utvecklingscykeln med syfte att bedöma den termiska situationen.Flera program analyserades och två plockades ut för vidare analys; FloTHERM XT och SolidWorks FlowSimulation. Resultaten visar att dessa program effektivt kan simulera en modell med tillräcklignoggrannhet för att användas i beslutsfattandet för produktens fortskridande, men resultaten kan kommaatt öka i noggrannhet om lämpliga åtgärder vidtas i proaktivt syfte.

For energy companies involved in the construction and operation of offshore wind power plants, such as Vattenfall, the knowledge of maximum wind speed is critical for logistics, safety and economic reasons. This thesis investigates the possibility to forecast maximum wind speeds at offshore sites, studies the accuracy of these forecasts, and details the employed methodology, so that it can be adapted to other cases in the future. In order to produce maximum wind speed forecasts, different statistical models were selected, some of them appropriate for short-term predictions (from 1h to 6h ahead), the others aiming at longer-term predictions (days ahead, up to 72h). The methodology consisted in selecting the right parameters for each model, depending on wind measurements and weather forecasts at the tested sites. Then forecasts were issued using the models’ equations, forecasted maximum wind speeds were compared with the real values, and the model delivering the best forecasts selected. The study demonstrated that, if appropriate statistical models were chosen – such as Vector Auto-Regression for short-term, and Generalized Additive Model for long-term – the average errors of precision for maximum wind speeds prediction were lower than 2 m/s, making the forecasts accurate enough to be used. Some work on the models still has to be done before they can be fully integrated into Vattenfall’s in-house weather forecasting system, but the first results are promising. / Energiföretag som Vattenfall, som deltar i byggandet och driften av vindkraftverk, behöver löpande ha korrekt kunskap om vindhastighetsvärden, som är avgörande för logistiken, säkerheten och ekonomin. Detta examensarbete undersöker möjligheten att förutsäga maximala vindhastigheter på offshore platser, studerar riktigheten i dessa prognoser, och specificerar tillgängliga och beprövade metoder för väderprognoser så att de kan anpassas till Vattenfalls behov. För att komma fram med prognoser om maximalt vindhastighet, olika statistiska modeller har valts. Några av dem är lämpliga för kortsiktiga prognoser (från 1 timme och upp till 6 timmar i förväg), andra syftar till att leverera förutsägelser på längre sikt (dagar framåt, upp till 72h). Metodiken bestod i att välja rätt parametrar för varje modell, beroende på vindmätningar och väderprognoser på de testade platserna. Prognoserna utfärdades med hjälp av modellernas ekvationer och de prognostiserade maximala vindhastigheterna jämfördes med de uppmätta värden i verkligheten, därmed kunde den mest lämpade modellen identifieras. Studien visar att i förekommande fall då statistiska modeller valdes - såsom Vector Auto-Regression för kortsiktiga, och respektive Generaliserad Additiv Modell för långsiktiga prognoser - det genomsnittliga precisionsfelet för förutsägelsen av maximal vindhastighet var lägre än 2 m/s, således var prognoserna tillräckligt noggranna för att appliceras i riktiga tillämpningar. En del arbete på modellernas inlärning återstår att göras innan de kan integreras fullt ut i Vattenfalls interna väderprognossystemet, men de första resultaten härmed är mycket lovande.

The world is facing global warming and the challenge to reduce greenhouse gas emissions. Wind power is a renewable source of energy with no greenhouse gas emissions when operating. Therefore, it could contribute in this challenge. Vattenfall is a Swedish energy company that invests in the wind power business and have many wind turbines in operation. On behalf of Vattenfall this study has been performed with the aim to find how wind conditions affect wind turbines and how it is correlated to amount of alarms, time loss, energy availability and time availability in a wind turbine. Improving this knowledge will be an advantage when making investments in wind turbines and their maintenance. A statistical analysis was conducted in order to examine correlations of wind speed and turbulence intensity with the number of alarms, time loss, energy availability and time availability of a turbine. A case study of Lillgrund, an offshore park in Sweden, was performed since the park layout is tightly spaced and hence interesting in sense of turbulence intensity. Lillgrund suffered to a lot of blade vibration alarms and therefore these alarms were investigated deeper in terms of the wind conditions one hour, one day and one week before the alarm occurred. Four additional parks with other turbine types and manufacturers than Lillgrund’s were also included in the correlation analysis. The amount of alarms per year of each turbine was examined in order to compare this with the failure curve of a wind turbine. The purpose was to see if the wear-out period had started earlier for turbines with certain wind conditions but unfortunately the turbines were not old enough to draw a conclusion. The analysis resulted in positive correlations for high turbulence and high amount of alarms and blade vibration alarms for the Siemens SWT-2.3-93 turbines investigated while there were no clear correlations for time loss, energy availability and time availability. Also, the other turbine types had no strong correlations for the investigated parameters. From the results it can be concluded that there are no strong correlations for the wind conditions investigated and energy availability and time availability. It can also be said that the amount of alarms in Siemens SWT-2.3-93 turbines increases with higher turbulence. Hence, alarms do not influence the energy availability noticeably for this type of turbine. / Världen står inför en global uppvärmning och utmaningen att minska utsläppen av växthusgaser. Vindkraft är en förnybar energikälla utan utsläpp av växthusgaser vid drift som skulle kunna bidra positivt i denna utmaning. Vattenfall är ett svenskt energiföretag som investerar i vindkraftsverksamhet och äger många vindkraftverk. Denna studie genomförts på uppdrag av Vattenfall med syfte att finna hur vindförhållanden påverkar vindkraftverk och hur de är korrelerade till mängden av alarm, tidsförlust, energitillgänglighet och tidstillgänglighet i ett vindkraftverk. Att förbättra denna kunskap kommer att vara en fördel när investeringar i vindkraftverk och deras underhåll görs. En statistisk analys genomfördes för att undersöka korrelationer av vindhastighet och turbulensintensitet med antalet alarm, tidsförlust, energitillgänglighet och tidstillgänglighet hos en turbin. En studie av Lillgrund, en havsbaserad park i Sverige, genomfördes då parkens turbiner är placerade tätt intill varandra och därmed ger ett intressant perspektiv på turbulensintensitet. Lillgrund har en stor mängd bladvibrationsalarm och därför har dessa alarm undersökts djupare när det gäller vindförhållandena en timme, en dag och en vecka innan alarmet inträffade. Ytterligare fyra parker med andra turbintyper och tillverkare än Lillgrunds ingick i korrelationsanalysen. Mängden alarm per år för varje turbin undersöktes för att jämföra detta med felintensitetskurvan för ett vindkraftverk. Syftet var att se om utslitningsperioden hade börjat tidigare för turbiner med vissa vindförhållanden men tyvärr var de studerade turbinerna inte tillräckligt gamla för att dra slutsatser kring detta. Analysen resulterade i positiva korrelationer för hög turbulens och hög mängd av alarm och bladvibrationsalarm för de undersökta Siemens SWT-2.3-93-turbinerna medan det inte fanns några tydliga korrelationer för tidsförlust, energitillgänglighet och tidstillgänglighet. Även de andra turbintyperna saknade starka samband för de undersökta parametrarna. Av resultaten kan slutsatsen dras att det inte finns några starka samband för de undersökta vindförhållandena och energitillgängligheten och tidstillgängligheten. Det kan också sägas att mängden alarm i Siemens SWT-2.3-93-turbiner ökar med högre turbulensintensitet. Därför påverkar inte alarm energitillgängligheten märkbart för denna typ av turbin.

The motivation behind this master thesis is the renewed interest in pulsejet engines towards power or thrust generation for small UAV’s. As technologically simple as it may seem, pulsejet engines appear to be the subject of ongoing scientific debate and controversy with regard to their operating principle. The problematic which this work addresses could be stated as such: How do pulsejet engines really work and how to predict their performance? The first part of the study was an exhaustive literature review aimed at gathering knowledge about pulsejet engines. Upon completion, the need was felt to clear some confusion and come up with an own understanding of the principles of pulsejet engines. Two aspects were simultaneously investigated: gas dynamics and combustion theory. The gas dynamics study was based on a zero-dimensional numerical model on MATLAB which served to calculate the thrust and the frequency of operation depending on the pulsejet geometry. It was found that the frequency of operation of a pulsejet is determined very closely by its first acoustic mode frequency, which corresponds either to the Helmholtz frequency or the quarter wave frequency depending on the pulsejet geometry. The ability to sustain a pulsating behaviour and to generate thrust was connected to a coupling between the pressure disturbance and the heat released through combustion. A criterion based on energy conservation was derived in order to predict the condition under which the modelled pulsejet would sustain a pulsating combustion. This criterion was found to be a version of the Rayleigh’s criterion for thermo-acoustic instabilities. The second part of the study intended to explore the laws and principles of combustion and flame theory, trying to analyse how these known phenomena can explain the pulsejets’ operation. More interest was given to the thermo-acoustic instability and results of experiments on flame propagating in closed-open tube. A proposal was made to explain the engine operation. Further studies related to pulsejet flame transfer function and operability diagram were suggested. This fundamental investigation of pulsejet engines was followed by a more problem-oriented engineering task aimed at evaluating their performance in terms of thrust. A formula was derived based on the thermodynamic study of the Lenoir cycle in order to connect the thrust with the pressure disturbance. Experimentations were carried out on a Redhead pulsejet in order to measure thrust, temperature, pressure and frequency. The frequency of operation was predicted with a relative difference while the thrust was under predicted with a relative difference. Continuation of this work involves a more refined numerical model which would allow identifying and characterizing more accurately the mechanisms at stake during the pulsejet operation. Also, suggestions were made to investigate noise reduction through pulsejet coupling, which have been briefly mentioned at the end of the report. / Motiveringen bakom detta examensarbete är det förnyade intresset för pulsejet motorer mot effekt eller dragkraft generation för små UAV. Som tekniskt enkelt som det kan tyckas, pulsejet motorer verkar vara föremål för pågående vetenskaplig debatt och kontrovers med avseende på deras operativa principer. Den problematik som detta arbete beskriver kan anges som sådan: Hur pulsejet motorer fungerar riktigt och hur man förutser deras prestanda? Den första delen av studien var en litteraturöversikt för att samla kunskap om pulsejet motorer. Efter slutförandet, fanns det behov av att klarogöra viss förvirring och komma med en egen förståelse av principerna för pulsejet motorer. Två aspekter undersöktes samtidigt: gasdynamik och förbränningsteori. Gasdynamik Studien baserades på en noll-dimensionell numerisk modell MATLAB som tjänade för att beräkna dragkraft och arbetsfrekvensen beroende på pulsejet geometri. Det visade sig att frekvensen av driften av en pulsejet bestäms mycket noggrant genom sin första akustiska läge frekvens, vilket motsvarar antingen Helmholtz frekvens eller kvartalet vågfrekvens beroende på pulsejet geometri. Förmågan att upprätthålla ett pulserande beteende och för att generera dragkraft var ansluten till en koppling mellan tryckstörningar och den värme som frigörs genom förbränningen. Ett kriterium baserat på energibesparing härleddes för att förutsäga det tillstånd under vilket det modellerade pulsejet skulle upprätthålla en pulserande förbränning. Detta kriterium visade sig vara en version av Rayleigh kriterium för termoakustiska instabiliteter. Den andra delen av studien syftar till att undersöka de lagar och principer av förbränning och låga teori, försöker analysera hur dessa kända fenomen kan förklara pulsejets operation. Mer intresse gavs till termoakustiska instabilitet och resultaten av experiment på flamman utbreder sig i slutna öppet rör. Ett förslag gjordes för att förklara motordrift. Ytterligare studier relaterade till pulsejet låga överföringsfunktionen och användbart diagram föreslogs. Denna grundläggande undersökning av pulsejet motorer följdes av en mer problemorienterad ingenjörs uppgift syftar till att utvärdera deras resultat när det gäller dragkraft. En formel härleddes baserat på den termodynamiska studie av Lenoir cykeln för att ansluta tryck med tryckstörning. Experiment utfördes på en Redhead pulsejet för att mäta dragkraft, temperatur, tryck och frekvens. Arbetsfrekvensen förutsades med en 0,4% relativa skillnaden medan dragkraft var under förutsägas med en 20% relativ skillnad. Fortsättning av detta arbete innebär en mer förfinad numerisk modell som skulle göra det möjligt att identifiera och karakterisera mer exakt de mekanismer som står på spel under pulsejet operationen. Dessutom var förslag gjorts för att undersöka brusreducering genom pulsejet koppling, som har kort nämns i slutet av rapporten.