In this thesis a method for evaluating investments in small scale hydro power is presented. An analysis of the future position that small scale hydro production will have on the Nordic electricity market is also carried out. This is done by an inventory of technology and economic and environmental aspects. The inventory is also a guide as to how the project should be implemented. Hydrolyzer is the name of the Excel tool developed to evaluate investments. The tool requests input data from the user and then evaluates the investment and generates a sensitivity analysis. Several projects or scenarios can be entered and are then ranked after profitability. For example a major repair can be compared to a new power station and tailrace excavations are possible to evaluate. The profitability of small scale hydro power investment mainly depends on the size of the initial investment. The power generation costs average among the lowest among possible future power plants. This trend applies to comparisons between renewable and fossil production plants. Electricity prices will probably not fall back to historic levels, due to fuel shortage and increasing environmental concerns. Price prognosis therefore indicates that investments, which on calculation seem profitable, will also be so. Small scale hydro investments at existing dams are socio-economically and environmentally sound. The investments contribute with clean power but have local environmental impacts. At existing dams this damage is already done and expensive to undo if at all possible. The environmental impacts can be dramatically reduced by construction of fish passages etc. In the thesis an example shows that economic resources for environmental constructions often depend on electricity certificates and that residual flows aren’t greater than necessary. An investment project should start by evaluating possible scenarios that the hydro power permit may result in. The transmission capacity should also be investigated at an early stage. Materials should be chosen with care and evaluated with a star diagram. A synchronous generator without a speed increaser should be considered for the hydro investment. The turbine type should be suggested by the manufacturer who also has to be able to guarantee efficiencies and cavitation resistance. Submersible turbines should be considered as they significantly reduce building costs. Involved persons need to be experienced and the tenders should be lump sums except for costs which are difficult to determine. / I detta examensarbete presenteras en metod för att enkelt kunna göra en bedömning av om det är lönsamt att investera i småskalig vattenkraft. Det undersöks också hur den småskaliga vattenkraftens förutsättningar på den framtida elmarknaden ser ut. Detta görs genom en inventering av teknik, ekonomi och miljöaspekter. Inventeringen ger också svar på hur ett investeringsprojekt ska genomföras. Hydrolyzer kallas excelverktyget som utvecklats för att göra lönsamhetsbedömningen. Det fungerar så att indata matas in och sedan beräknas investeringens lönsamhet och en känslighetsanalys genereras. I verktyget kan olika investeringsalternativ läggas in som sedan beräknas och rangordnas. Exempelvis kan en större reparation jämföras med att bygga en helt ny station eller rensningar utvärderas. Småskalig vattenkrafts lönsamhet och produktionskostnader beror till största del på hur stor grundinvesteringen blir. Produktionskostnaden är i snitt bland de billigaste produktionsslagen som kan komma att byggas i framtiden. Trenden gäller vid jämförelse både bland förnybara och bland övriga produktionsslag. På elmarknaden pekar det mesta på att priset inte kommer att sjunka tillbaka till historisk nivå. Detta då bränslena är bristvara och att en allt större miljöhänsyn krävs vilket pressar upp priset. Prisutvecklingen talar för att om ett investeringsbeslut tas där kalkylen visar lönsamhet så kommer detta också att infalla. Investeringar i småskalig vattenkraft vid befintliga dammar bedöms vara samhällsekonomiskt och miljömässigt fördelaktigt. Småskalig vattenkraft producerar ren el men ger miljöstörningar lokalt. Vid befintliga dammar är dock denna skada redan skedd och väldigt kostsamt att återställa om det överhuvudtaget är möjligt. Miljöproblemen kan dock kraftigt minskas genom byggnation av fiskpassager m.m. Möjligheten att bygga vid befintliga dammar kan vara beroende av elcertifikat om de lokala förutsättningarna är dåliga. I rapporten visas också genom ett exempel att ekonomin för miljöförbättrande åtgärder oftast är beroende av elcertifikat och att mintappningar inte är större än nödvändigt. Investeringsprojektet bör börja med att ta fram scenarion att utvärdera utifrån hur vattendomen kan tänkas bli. Elnätets kapacitet ska också undersökas tidigt. Materialen ska väljas med omsorg och utvärderas med stjärndiagram. En synkron generator utan växel ska övervägas till kraftverket. Turbintypen ska föreslås av tillverkaren och denna ska kunna garantera verkningsgrader och kavitationsmotstånd. Dränkbara turbiner ska övervägas då dessa kräver väsentligt mindre byggnationsarbeten. Inblandade i projektet ska ha rätt kunskaper och anbuden ska tas in som klumpsummor där visst ansvar tas för svårbestämda kostnader.

<p>In this thesis, fractured rock masses are treated asequivalent continua for large-scale analyses of rockengineering projects. Systematic developments are made for thedetermination of equivalent mechanical and hydraulic propertiesof fractured rock masses using a hybrid discrete fracturenetwork - distinct element method (DFN-DEM) approach. Thedetermined equivalent properties are then used for a far-fieldfinite element analysis of the thermo-mechanical impacts on thestress, deformation and permeability of fractured rockssurrounding a hypothetical geological repository of nuclearwaste. The geological data were extracted from the results ofan extensive site investigation programme at Sellafield, UK,conducted by Nirex UK Ltd.</p><p>The scale dependencies of the hydraulic and mechanicalproperties were investigated by using multiple realizations ofthe fracture system geometry with increasing model sizes untilproperly defined hydraulic and mechanical representativeelementary volumes (REVs) were reached. The validity of thesecond order permeability tensor and the fourth-ordermechanical compliance tensor were tested for continuum analysesat larger scales. The REV was determined to be around 5 m formechanical and hydraulic data in this study.</p><p>Analysis of the stress-dependent mechanical and hydraulicproperties shows that the effect of rock stresses is crucial.The elastic moduli increase significantly with the increase ofstress and an empirical equation of stress-dependent elasticmodulus is suggested based on results of numerical experiments.Calculations of the Poisson's ratios suggest greater valuesthan are normally assumed in practice. Depending on the stateof stress, permeability decreases or increases with increasingcompressive stress. Stress-induced flow channeling effect iscaptured by numerical modeling for the first time and detailedmechanisms of shear dilation of fractures are provided. Basedon the numerical experiments, a set of empirical equations wassuggested for the stress-dependent permeability, consideringboth normal deformation and shear dilation of fractures.</p><p>Thermo-mechanical impact on the performance of ahypothetical repository at a far-field scale (5 km by 1 km) wasinvestigated with the stress-dependent equivalent propertiesdetermined at the REV scale. This analysis shows thatmechanical responses vary significantly depending on how themechanical properties were determined. The change ofpermeability due to the thermal loading is, however, notsignificant in this particular case.</p><p>The thesis provides a framework for systematic analysis oflarge-scale engineering applications in fractured rock masses,such as geological repositories of nuclear wastes.</p><p><b>Keyword:</b>Fractured rock masses, Equivalent Continuum,Discrete Fracture Network (DFN), Distinct Element Method (DEM),Finite Element Method (FEM), Nuclear Waste Disposal, CoupledThermo-Hydro-Mechanical Processes</p>

Ce rapport rassemble des travaux portant sur l'endommagement et la rupture de roches à des échelles allant de celle de l'échantillon de laboratoire à la celle de la croûte terrestre en passant par celle des massifs rocheux (falaises et mines souterraines). On y associe l'analyse de données acquises au laboratoire et in situ , leur modélisation statistique et conceptuelle et la simulation numérique. Cette approche permet d'appréhender la complexité du comportement des roches selon différents aspects. L'accent est d'abord mis sur les propriétés statistiques et les invariances d'échelles des structures d'endommagement et des événements sismiques observés pendant le processus de déformation et de rupture. Un modèle numérique, basé sur une approche mésoscopique de l'endommagement, est présenté pour la simulation des processus de rupture à court et long terme. Il permet de reproduire de nombreuses observations expérimentales en leur donnant un cadre mécanique et en permettant ainsi de préciser leurs conditions d'apparition. Cette approche permet de considérer le processus de déformation et de rupture des roches comme un système complexe dont les propriétés macroscopiques émergent de l'interaction entre éléments de plus petite échelle ayant des propriétés simples. Le rôle des fluides dans ce processus est abordé par l'observation de la sismicité induite dans un massif rocheux fracturé et la simulation numérique du couplage roche fluides. Enfin un projet de recherche est développé sur le thème de l'endommagement à long terme et du couplage hydromécanique.

Les structures en béton des centrales nucléaires peuvent être soumises à des contraintes thermo- hydriques modérées, caractérisées par des températures de l'ordre de la centaine de degrés aussi bien en conditions de service qu'accidentelles. Ces contraintes peuvent être à l'origine de désordres importants notamment la fissuration qui a pour effet d'accélérer les transferts hydriques dans la structure. Dans le cadre de l'étude de la durabilité de ces structures, le modèle THMs a été développé au Laboratoire d'Etude du Comportement des Bétons et des Argiles (LECBA) du CEA Saclay pour simuler le comportement du béton face à des sollicitations couplées thermo-hydro-mécaniques. Dans cette thèse on s'est intéressé à l'amélioration dans le modèle THMs d'une part de l'estimation des paramètres mécaniques et hydromécaniques du matériau en conditions partiellement saturées et en présence de fissuration et d'autre part de la description de la fissuration. La première partie a été consacrée à la mise au point d'un modèle basé sur une description multi-échelle de la microstructure des matériaux cimentaires, en partant de l'échelle des principaux hydrates (portlandite, ettringite, C-S-H, etc.) jusqu'à l'échelle macroscopique du matériau fissuré. Les paramètres investigués sont obtenus à chaque échelle de la description par des techniques d'homogénéisation analytiques. Dans la seconde partie on s'est attaché à décrire numériquement de façon précise la fissuration notamment en termes d'ouverture, de localisation et de propagation. Pour cela une méthode de réanalyse éléments finis/éléments discrets a été proposée et validée sur différents cas-test de chargement mécanique. Enfin la procédure a été mise en œuvre dans le cas d'un mur chauffé et une méthode de recalcul de la perméabilité a été proposée permettant de montrer l'intérêt de la prise en compte de l'anisotropie du tenseur de perméabilité lorsqu'on s'intéresse à l'étude des transferts de masse dans une structure en béton fissurée. Mots clés : matériaux cimentaires, homogénéisation, modélisation multi-échelle, microfissures, éléments discrets, éléments finis, chargements thermo-hydro-mécaniques.

The influence of abiotic factors on fish distribution in Kaulakiai II water reservoir is investigated in present master thesis. Object of research – fish communities of Kaulakiai II water reservoir, situated near Raseiniai. Aim of the research – to estimate the substantial abiotic factors and to evaluate their influence on fish distribution in Kaulakiai II water reservoir. To meet an aim these tasks were set: to estimate the most abundant fish species in reservoir; to estimate and map the structure of the bottom; to evaluate sensual indicators of alive fish during the experimental fishing; to value the quality of water in Kaulakiai II reservoir and to rate it according the standards applied for water quality in carp ponds; to detect peculiarities of fish distribution in water body and to exclude the substantial abiotic factors that have hold on fish distribution in Kaulakiai II (Kybartėliai) reservoir. Methods of research – logical literary analysis, hydro acoustic surveying, written quiz of local anglers, observational studies, mathematical modeling. Results: the Cyprinid fishes (11 species) were the most abundant in Kaulakiai II reservoir fish communities with overall 15 fish species resident. The bottom structure mainly was silt - 83,2 %, sand and oozy sand, respectively 4,6 and 12,2 %. Fish injures, parasites, diseases had no influence on fish distribution in Kaulakiai II reservoir during the research. Low oxygen concentrations were estimated at the bottom of reservoir... [to full text]

The rapid integration of intermittent renewable energy sources (IRES) has caused a growing demand for power system flexibility on energy markets all over Europe. Being the only commercially proven large scale energy storage technology, pumped storage hydro power (PSHP) has by several studies been suggested as an efficient solution to miti­gate the impact of IRES. However, despite the perceived technical demand profit­ability remains as a major obstacle for PSHP development. In this study, a market requirement for PSHP profitability, defined in terms of price volatility, is pre­sented. Considering capital and operational expenditures as well as modelled potential price arbitrage revenues for a greenfield PSHP plant, it may be used as a tool for initial assessments of PSHP profitability in relation to market outlooks or modelled future prices. The results have further been used in a case study, where the price volatility required to motivate a restora­tion of the now decommissioned Swedish PSHP plant Juktan has been determined. The results show that the high capital expenditures characterising PSHP development do comprise in a high risk for developers; while feasibility depends on the sustainment of a highly volatile price climate during several decades, energy markets are often extremely uncertain.

This thesis presents novel algorithms and a revised modeling framework to evaluate residential aggregate electrical demand response performance under scenarios with limited device-state feedback. These algorithms permit the provision of balancing reserves, or the smoothing of variable renewable energy generation, via an externally supplied target trajectory. The responsive load populations utilized were home heat pumps and deferred electric vehicle charging. As fewer devices in a responsive population report their state information, the error of the demand response program increases moderately but remains below 8%. The associated error of the demand response program is minimized with responsive load populations of approximately 4500 devices; the available capacity of the demand response system scales proportionally with population size. The results indicate that demand response programs with limited device-state feedback may provide a viable option to reduce overall system costs and address privacy concerns of individuals wishing to participate in a demand response program. / Graduate

Zielsetzung der Arbeit war vorrangig die Entwicklung bzw. Weiterentwicklung von Methoden zur verbesserten Interpretation der hydraulischen Gegebenheiten in einem Grundwasserleiter mit Hilfe der Bestimmung von Radiumisotopenverhältnissen im Verlauf von Pumpversuchen. Daneben wurden 222Rn/226Ra-Verhältnisse betrachtet und interpretiert. Des Weiteren wurden Gesteinsuntersuchungen durchgeführt sowie Untersuchungen an Gesteinsoberflächen (Sekundärminerale) um Aussagen über das Löslichkeitsverhalten bzw. die Mobilität von Radium im Grundwasser zu erhalten. Die Grundwasser- und Gesteinsproben stammten vor allem aus dem Umfeld der kontinentalen Tiefbohrung (KTB Oberpfalz) sowie aus der Vorbohrung zur KTB, aber auch aus benachbarten Bundesländern und der Tschechischen Republik (Egergraben). Im Ergebnis zeigte sich, dass sich die Untersuchung der Isotopenverhältnisse zur vertiefenden Aquiferdiagnose gut eignet. Die geochemischen Untersuchungen erlaubten einen Einblick in das Löslichkeitsverhalten der untersuchten Radionuklide.

Nous présentons deux approches différentes pour décrire le couplage hydromécanique des géomatériaux. Dans une approche de type phénoménologique nous traitons le milieu poreux comme un milieu continu équivalent dont les interactions entre la phase fluide et le squelette solide constituent le couplage du mélange à l'échelle macroscopique. En caractérisant le comportement de chaque phase nous arrivons à décrire le comportement couplé du milieu couplé saturé.Nous utilisons cette approche pour modéliser des essais expérimentaux faits sur un cylindre creux pour une roche argileuse (argile de Boom). Les résultats expérimentaux montrent de façon claire que le comportement de cette roche est fortement anisotrope. Nous avons choisi de modéliser ces essais en utilisant une lois de comportement élasto-plastique pour laquelle la partie élastique est transversalement isotrope.Le problème aux conditions aux limites étudié met en évidence des déformations localisées autour du forage intérieur. Afin de décrire de façon objective le développement de ces bandes de cisaillement nous avons considéré un milieu continu local de type second gradient qui permet d'introduire une longueur interne. De ce fait nous avons pu étudier le problème d'unicité en montrant qu'un changement de la discrétisation temporelle du problème aux limites peut conduire à des solutions différentes.Dans la deuxième approche étudiée nous caractérisons la microstructure du matériau avec des grains et un réseau de canaux pour la phase fluide. À l'aide d'un processus numérique d'homogénéisation nous arrivons à calculer numériquement la contrainte du mélange et le flux massique. Cette méthode d'homogénéisation numérique a été implémentée dans un code aux éléments finis afin d'obtenir des résultats macro. Une validation de l'implentation est proposée pour des calculs en mecanique pure et en hydromécanique.

Les eaux côtières impactées par les apports fluviaux jouent un rôle majeur dans l'export et l'enfouissement des particules terrigènes. La télédétection "couleur de l'océan" renseigne sur les concentrations en matières en suspension (MES) de surface. Pour améliorer les résolutions spatiale et temporelle, elle peut être combinée à des mesures in situ bio-optiques et la modélisation numérique. Le Rhône est la principale source d'apports d'eau douce et particulaires dans le Golfe du Lion (Méditerranée Occidentale). L'objectif de la thèse est l'étude de la variabilité saisonnière des apports en MES du Rhône et leur devenir sur le plateau continental. Des mesures in situ bio-optiques ont été réalisées à partir de navires océanographiques et de plateformes autonomes ProvBio. Les concentrations en MES sont estimées à l'aide des capteurs satellitaires MERIS et MODIS. Le modèle hydro-sédimentaire (Mars-3D) simule la circulation des masses d'eau et les apports liquides et particulaires du Rhône. Des proxys régionaux sont identifiés et éprouvés afin d'assurer un suivi de la dynamique des MES sur la colonne d'eau à partir de mesures bio-optiques in situ. Un algorithme régional est développé afin de cartographier les concentrations en MES à partir des mesures satellitaires. La combinaison de ces deux outils montre la dépendance de l'export des MES au débit liquide du Rhône et aux vents. En régime de crue, les MES sont essentiellement exportées en surface. Pour un débit fluvial faible à modéré et un vent fort, elles sont transportées près du fond. Le modèle hydro-sédimentaire a permis de mieux comprendre certains processus même si des améliorations sont encore requises.