The main objective in this thesis was to investigate a potential increase of power output from the existing turbines at Ruacana Hydropower Station. This was restricted to only consider a runner replacement, and only technical aspects of a rehabilitation project has been evaluated. This involved an investigation of hydraulic condtions, limited to surge oscilliation and water hammer calculations. The results was thereafter used in a calculation model to estimate potential increase in power output. Vital information about the plant and the condition of the waterway was obtained from a study trip to Ruacana. An increase in power output in a turbine can be obtained by increasing the volume flow and/or efficiency. The first criteria can be achieved through expanding the outlet diameter of the runner, and/or altering the flow angles. Therefore has the hydraulic conditions also been analysed with the aim of increasing volume flow. It was found that it can be increased to a maximum nominal volume flow of one unit to 85 m3/s. It was limited by the maximum upsurge in the Surge Headbay with the intake level at highest flood level. The restrictions are altered for the minimum water levels in the intake and maximum levels in the tailrace when operating 1 to 4 units. The advances in Francis runner design over the last deacades makes an increase in efficiency feasible. Finally a calculation method for estimating a potential increase in power output was developed. This was based on traditional turbine theory, and the aim was to find the maximum increase starting from the existing degree of submergence. In addition were the results compared to values obtained from a calculation method developed by Sintef. From a preliminary study of achievements in refurbishment projects was it found that on average has an increase of 18% been obtained. The method developed in this thesis concluded that an increase of 10 - 14% in nominal power output is possble. Assuming a turbine efficiency of 0.93 and only replacing the runner. Sintef's method estimated a maximum value of 15% for the same conditions. It is also found that the outlet diameter at Ruacana can be increased by 60 mm. The additional increase in power output is only estimated to be 1% from the method developed in this thesis. The Sintef method estimates additional 3% increase for the same scenario.

A literature survey of LNG processes suitable for offshore environment has been evaluated. Thesurvey has been performed with emphasis on space requirements, complexity, efficiency and safety.Thermodynamics theory is described and used in the investigation of the NicheLNG process. Theliquefaction part of the HLNG FPSO-1 has been evaluated with respect to its energy consumption,improvements and the possibility to expand the process to give an indication about improvementpotentials. In addition, one alternative liquefaction process has been compared with the NicheLNGprocess.Dual expander processes based on nitrogen as refrigerant are the most proposed solution suitable foroffshore applications. Therefore it was chosen as an alternative process to NicheLNG. In theinvestigation of the two processes the processes simulated were with equal conditions. The NicheLNGprocess, based on an open methane cycle and a nitrogen cycle, had a significantly lower mass flow rateresulting in 10% lower power consumption. Decision of chosen refrigerant gas (methane or nitrogen)has different specific heat capacity and hence an influence on the flow rate. Methane as refrigerantrequires less mass flow rate than nitrogen for a given duty. In addition, higher pressure levels willcontribute to increased efficiency and reduced unit sizes.In the open refrigeration cycle of the NicheLNG process, methane is cooled down to -1,5°C before itis expanded. If the internal heat exchange is extended to -10°C before expansion is it possible toachieve some efficiency increase for the methane cycle.Comparison criteria are important when the quality of liquefaction processes is to be determined. Feedand product specifications provide some restrictions on obtainable efficiency. With an increasing feedgas pressure, the whole liquefaction process (from feed to LNG) demands less work, but the overallprocess efficiency is reduced due to the high efficiency of the feed gas compressor and the lowefficiency of the liquefaction part. Hence, the efficiency of the liquefaction process should not becalculated from its feed gas pressure but rather the liquefaction pressure. For the NicheLNG process,the exergy efficiency of the liquefaction part was calculated to 26,6%, with a liquefaction pressure at75 bar.An increase of LNG production with emphasis on improvements to keep work consumption down wasalso discussed. The four evaluated solutions were utilization of End Flash Gas, liquid expander,additional compressor and increase of heat exchanger area. The liquid expander was the improvementthat stands out as the highest contribution to the efficiency. With a 25% increase in LNG productionand with new units and modifications of the design resulted in a reduction in the specific workconsumption from 0,5502 kWh/kgLNG to 0,4791 kWh/kgLNG. These efficiency improvements canjustify higher investment costs since the work consumption, with 25% higher LNG production, was12,9% lower than for the original design of the NicheLNG process. Never the less, space and weighton a FPSO are limited and has to be considered when a more efficient process is desired.

I 1983 nedsatte FN en kommisjon, den såkalte Brundtlandkommisjonen, som blant annet hadde som formål å kartlegge forholdet mellom fattigdom, miljø og utvikling. Etter fire års arbeid la kommisjonen fram sin rapport, ”Vår Felles Framtid”, der hovedkonklusjonen var at dagens utvikling tærer for mye på dagens naturressurser og truer opprettholdelsen av naturens livsbærende systemer. Dette skulle vise seg å danne grunnlag for et senere mye omdiskutert begrep, bærekraftig utvikling; en utvikling som imøtekommer dagens behov uten å forringe muligheten for senere generasjoner å imøtekomme deres behov. ”Vår felles framtid” la dermed grunnlaget for et stadig økende påtrykk for større fokus på klimaproblematikk og effektiv utnyttelse av verdens energiressurser. Ca 40 prosent av energibruken i Norge og resten av Europa kan knyttes opp mot energibruk i bygninger. I 2002 fremmet EU-parlamentet et direktiv, on the Energy Preformence of Buildings, som har til hensikt å gi økt energiytelse i bygninger. Dette innebefatter blant annet redusert energibehov og utslipp av CO2 relatert til bygningssektoren, og skal belyses gjennom en energimerkeordning, der bygninger får karakterer ut i fra bygningers energibehov og energiforsyning. I 2009 fulgte EU-parlamentet opp med et forslag til nytt bygningsdirektiv der det stilles krav til at byggets primærenergiforbruk og CO2-utslipp skal inkluderes i energimerkingen. Dette er et klart signal om at det rettes stort fokus mot energibruk og energieffektivisering tilknyttet bygningssektoren.CHP-anlegg er samproduksjon av kraft og varme i en prosess. Dette betyr at brenselet som benyttes for å drive prosessen, utnyttes i mye større grad i forhold til vanlig kraftproduksjon. I gode CHP-anlegg kan man oppnå virkningsgrader på over 90 prosent. Dette krever imidlertid en drift som gjør at de tekniske egenskapene i anlegget ivaretas på en tilfredsstillende måte. På grunn av stor variasjon i etterspørsel etter varme, stilles det store krav til planlegging av driften og sammensetningen av enheter i et CHP-anlegg. Å drifte et anlegg på en kapasitet som overskrider etterspurt varmebehov, vil medføre større tap fordi anleggets totale virkningsgrad måles ut fra produsert elektrisitet, og nyttiggjort varme. Dette fremskaffer stor motivasjon for å drifte et anlegg på en måte som gir minimale tap i forhold til energietterspørselen. En bedre sammensetning og drift av et CHP-anlegg i en energisentral, vil også kunne gjøre teknologien mer konkurransedyktig i forhold til andre energiforsyningsalternativ, både hva gjelder økonomisk lønnsomhet og miljøvennlighet.Gjennom denne masteroppgaven er det rettet stor fokus mot å tilstrebe en best mulig sammensetning og drift av et CHP-anlegg i forhold til en gitt energietterspørsel. Dette vil bidra til en drastisk økning i det økonomiske og miljømessige konkurransefortrinnet til CHP i kombinasjon med fjernvarme i forhold til andre energiforsyningsalternativ. Ved å benytte velkjente økonomiske metoder og standardiserte metoder for fremskaffing av primærenergiforbruk og CO2-utslipp, er det gjennom denne masteoppgaven funnet ut at CHP i kombinasjon med fjernvarme vil være et energiforsyningsalternativ som absolutt bør tas i betraktning for at det totale energiforsyningssystemet skal imøtekomme Brundtlandkommisjonen og ”vår felles framtid” sin konklusjon om å ivareta våre naturressurser og opprettholdelsen av naturens livsbærende systemer på en bærekraftig måte.

Existing wave energy converters are only based on a few ways to produce electricity from ocean waves. All of them suffer from low cost-efficiency so the proposal of new technologies is still up to date. This is a preliminary study to an innovative concept, based on wave-induced currents. As waves propagate into shallow water and break over a barrier, they dissipate their energy. The latter can be partly transformed in a hydraulic potential through the wave set-up behind the barrier and the cross-shore mass transport from waves. Electricity can then be produced by the mean of a water turbine.This study estimates qualitatively this energy potential. The 2D set-up is analyzed by the model of Calabrese et al. (2008) and is adapted to 3D for a regulated net cross-shore discharge. The 3D model of Bellotti (2004) is also used. Experiments have been carried out on a simplified lab-scale model to check qualitatively the applicability of the models, determine experimentally their calibration parameters and find the optimal combination flow rate/pressure head which gives the highest hydraulic potential. Two different barrier profiles are tested: a breakwater-like barrier with a steep seaward slope and a sandbar-like barrier with a mild slope. Despite a significant uncertainty, experimental and analytical results correlate well.The conclusions on the future of this technology are not thorough. Experimental conditions applied to full scale show a quite low efficiency compared to the main competitors, but much more perspectives of optimization are conceivable. Some of them have been studied from an analytical point of view.

Effekt av overflateruhet på diffusorstrømningMasteroppgave av Roy-Andre Midtgård, med veileder professor Per-Åge Krogstad.Formålet med dette prosjektet er å studere effekten av overflateruhet på et turbulent grensesjikt utsatt for en motvirkende trykkgradient. For å gjøre dette studeres det nedre grensesjiktet i en diffusorstrømning. To strømningstilfeller undersøkes og sammenlignes. I det ene tilfellet er bunnen av diffusoren glatt og jevn. I det andre tilfellet er bunnen dekket med periodiske ruhetselementer. Arbeidsverktøyet i dette studiet er numeriske beregningsverktøy, CFD. Programmene ANSYS Gambit/Fluent benyttes [1].Ved bruk av turbulensmodellene k-ϵ, k-ϵ RNG, standard k-ω og k-ω SST er det funnet konsistente resultater. Disse sammenlignes med forsøksresultater fra dr. Ing rapporten til Per Egil Skåre [2]. Simuleringsresultatene korrelerer til dels godt med forsøksresultatene, men de oppfyller i motsetning til Skåre ikke kravene til likevekt av turbulent produksjon og dissipasjon i grensesjiktet. Turbulensmodellene k-ϵ RNG og k-ω SST benyttes på det andre strømningstilfellet, og resultatene vurderes mot resultatene fra det første strømningstilfellet. Simuleringsresultatene fra k-ω SST indikerer en global separasjon av strømningen i grensesjiktet. Simuleringsresultatene fra k-ϵ RNG indikerer imidlertid ikke global separasjon. Skalert med indre variable finnes stigningstallet i det overlappende området til 0.54, altså 29 % høyere en von Kàrmàn konstanten på 0.418. Forflyttningen ned langs u+-aksen finnes til verdier mellom 12 og 15. Felles for simuleringsresultatene i strømningstilfelle 2 er det at ingen av dem oppfyller kravene til likevekt. Noe av årsaken til de nevnte avvikene mellom turbulensmodellene kan skyldes tilnærmelser i turbulensmodellene eller numerisk diffusjon. Det er også en mulighet for at trykkgradienten i diffusoren ikke er sterk nok til å danne likevekt gjennom måleområdet.

The current residential building stock in Norway is organized in to groups, and sorted after number of building units. The criteria used for sorting, are criteria that affect the viability and rationality of various energy supply systems. The results from this survey forms a database where it is possible to go in and find the number of buildings sorted after region, building type, urbanity and year of construction.Based on findings from the survey and other factors affecting the applicability, a set of four energy supply systems are introduced and studied closer as possible solutions in ZEBs; District heating (DH) + PV, Bio energy (BIO) + PV, Heat pump (HP) + PV, Combined heat and power (CHP) + PV. The Zero Emission Building balance is calculated for each solution and pre-defined energy level, to determine the required on-site electricity generation from the PV’s. A model is then developed to study the potential of the proposed solutions in the Norwegian residential building stock. The analysis is performed on future scenarios, which represent different development of the building stock with regards to new buildings, refurbishment and demolition. The number of buildings that can be converted to ZEBs with the investigated energy supply systems and [available roof area/floor area] are quantified. Results show uptake potential for all of the technologies in buildings with energy demand lower than 94,5 kWh/m2year, but limitations occur as soon as [available roof area/floor area] decreases from the upper limit investigated in the study (1:2). The greatest potential is shown by CHP + PV, where ZEB conversion is possible in approximately 30% of the total residential stock in year 2050. It is also observed a relative growth in the potential of DH + PV and HP + PV in small houses after year 2025 due to the estimated upgrade of energy-efficiency in the stock. In multi dwelling buildings, it is only CHP + PV and BIO + PV that show potential in both current and future stock.

This thesis deals with the application of morphing skin and structure technology in a hydroturbine context. The work has been divided into two parts; construction of a demonstration rig and CFD calculations assessing the concept of camber morphing of guide vanes.Five rubber 'morphing bumps' reduce the intensity of vortex shedding behind a cylinder in an open flow of water. The bumps are made by a rubber bellows placed in a perforated stainless steel pipe. Their size is controlled by air pressure, and the option of reducing them to a neutral state is present. A control software has been designed using Labview, allowing manual and automatic (model predicted flow control) operation, as well as logging of measurements. The tests show that the bumps are capable of reducing vortex intensity by approximately 25%.CFD simulations has been performed on a Francis turbine section to determine if altering the camber of guide vanes at different loads can have a beneficial effect to the performance and wear characteristics. The simulations resulted in a dataset consisting of steady state and transient simulation results from 28 combinations of camber and wicket gate opening. The results did not establish that camber morphing can increase efficiency, but neither did they reject it completely. It has been shown that for small cambers up to 2%, the gains from increased lift far outweigh increased drag at part loads.

Hovudmålet med denne rapporten har vore å evaluera moglege løysingar for energieffektive tørkesystem basert på solenergi. Gjennom litteraturstudiet vert det funne at opne system for soltørking har ei rekkje generelle problem: Store avlingstap kjem som følgje av utilstrekkeleg tørking, sopp, insekt, fuglar, gnagarar, støv og søppel, samt uventa nedbør og andre uforutsette værforhold. Lukka soltørker kan eliminera eller redusera mange av desse problema, men dei har alle det til felles at dei baserer seg på tørketemperaturar over omgjevnadstemperatur. Tørking ved relativt låge temperaturar kan vera med å bevara ei rekkje ønska kvalitetar til fersk mat. Lukka varmepumpetørker kan operera uavhengig av værforhold, gjeva tørketemperaturar under omgjevnadstemperatur, og tilbyr slik ein attraktiv moglegheit for å auka produktkvalitet og redusera øydelegging gjennom god kontroll over, og regulering av tørkebetingelsane. For å levera tørkeluft med tilstrekkeleg låg luftfuktighet, og ved temperaturar under omgjevnadstemperatur trengst det kjøling. Eit litteraturstudium er gjort kring solkjølingsteknologiar. For ei tørke med solbasert energiforsyning, vil ein naturleg konsekvens vera tidsvarierande energitilgang, og dermed tidsvarierande drift. Eit tenkt tørkesystem er difor planlagt slik at tørka går om dagen, og står stille om natta. Det er utført eksperiment med tørking av fisk, med mål om å kartlegga korleis ein slik døgnsyklus vil påverka tørkeforløpet. Hovudkonklusjonen er at ein slik syklus vil vera energisparande, men meir tidkrevjande enn tilsvarande tørking med kontinuerlig drift. Det vert også vist at tørkeprosessen går fortare ved 20°C/26%RH enn ved 10°C/50°RH.Ei tørke basert på ein standard 40-fots isolert ISO-container vert dimensjonert til å kunna tørka 122 tonn fisk (fersk vekt) årleg ved tørketemperatur 15°C, relativ fuktighet 40%, og 10 timars dagleg drift. Tørka krev 56,2kW kjøleeffekt ved 0°C, og vifteeffekt 16,3kW. Med effektbehovet kartlagt vert ulike solbaserte energiforsyningssystem vurdert. Litteraturstudiet resulterer i at ein del solkjølingsteknologiar, blant anna ejektorkjøling med CO2 som arbeidsmedium, vert vurdert som lite aktuelle for det tenkte systemet. Dei gjenverande kjøleteknologiane som vert grundigare undersøkt er dei termisk drivne teknologiane ejektorkjøling (med arbeidsmedium R134a/R11/H2O) og absorpsjonskjøling (med LiBr-vatn som arbeidspar), samt konvensjonell elektrisk driven dampkompresjon med R717-ammoniakk som arbeidsmedium. For anskaffelse av naudsynt termisk energi vert uisolerte flatplatesolfangarar, isolerte flatplatesolfangarar og vakuumrøyrsolfangarar vurdert. For anskaffelse av elektrisk energi vert solcellepanel vurdert mot termisk solfangar + varmemotor og generator. Ulike systemløysingar for å levera kjøleenergi til tørka vert så samanlikna på grunnlag av naudsynt solfangarareal, solfangarkostnad, og kjølarkostnad. Solfangarkostnaden er om lag 10 gongar høgare enn kjølarkostnaden for alle systemløysingar. Av dei undersøkte løysingane vert solcelledriven dampkompresjonskjøling funne å vera den minst kostbare og minst arealkrevjande løysinga. Ved 10 timars drift i døgnet, kan tørka drivast utelukkande frå solenergi frå 512 m2 solcellepanel til ein estimert kostnad €255.800. Vifta i tørka står for over halvparten av energibruken. Alle andre systemløysingar innebar høgare solfangarkostnader og større solfangarareal. Nest etter solcelledriven dampkompresjon ser eitt- eller to-trinns absorpsjonskjøling, driven av vakuumrøyrsolfangarar, ut til å vera det mest interessante alternativet. To-trinnsløysinga inneber litt mindre solfangarareal og –kostnader, men krev til gjengjeld eit system som tåler 145°C i forhold til eitt-trinnssystemet som går ved 90°C. Høgare temperaturar kan gjere det meir komplisert med termisk energilagring. Ved nytting av konsentrerande solfangerar kan solfangararealet i fleire av systemløysingane meir enn halverast.For klimatiske forhold og tilgjengeleg solinnstråling er det teke utgangspunkt i Mumbai, India.

Smartphones with capabilities for wireless Internet and GPS have become increasinglycommon in recent years, and a consequence of this is that pervasivegames have become more interesting from both an academical and a commercialpoint of view. Another area of interest is lifelong learning, which offers amore modern take on education compared to the traditional learning model. Inthis thesis we aim to discover whether or not pervasive gaming can help achievelifelong learning. This is done by creating a prototype of a pervasive game ina lifelong learning context for Android, analyzing the effectiveness of the prototype,and using the experiences drawn from it to design a platform to runknowledge competitions.We achieved this by conducting a prestudy on the Android mobile phone operatingsystem (including extension applications), the history of Trondheim, lifelonglearning, pervasive games, and the use of pervasive games in a lifelong learningcontext. During the prestudy we found out that there are several externalapplications and features of Android that can be utilized to expand the social,spatial, and temporal expansions of pervasive games. We also found that, intheory, pervasive games proved to be a suitable platform to support lifelonglearning.We then designed and developed a prototype on Android to run a puzzle racecalled ”The Amazing City Game”. The race consisted of completing differenttasks related to the history of Trondheim, while traveling between many of thehistorical sites in the city. A demonstration race was conducted in early May withfour groups of two students each, using the authors and supervisors of this thesisas group observers. At the end of the race, the participants filled out a survey.Using the observations from the race and the results from the survey we foundthat the prototype was perceived as fun and educational. However, constructionof the race was challenging with many pitfalls concerning ambiguous tasks, useof language, and game balance.Finally, we have provided a possible design for a platform for running knowledgecompetitions. We used the experiences from the development of the prototype,and the results from the demonstration race to design a cleaner and more completeframework. This includes a refinement of the existing functionality anduser interface, adding requirements, and providing an extended discussion ontopics such as having an online community, possible server solutions, and securitymeasures against cheating. We believe that the concept of puzzle races in alifelong learning context is an interesting concept that could have positive effectsif utilized in the real world.

I denne oppgaven beskrives de aerodynamiske ustabilitetene kalt stall og surge. Oppgaven består hovedsakelig av tre deler. I første del gjennomgås noe fundamental teori på aerodynamikken i sentrifugalkompressorer, før funn gjort i tidligere eksperiment på ustabilitetene presenteres. I litteraturen er det bevist at stall og surge forekommer i flere former og med flere karakteristikker. Med tørrgass som arbeidsmedium kan disse karakteristikkene identifiseres ved hjelp av trykksensorer. Karakteristikkene har vist seg å være svært avhengig av kompressorens geometri.Visualiseringsmetoder som tidligere har vist seg å fungere godt på turbomaskineri gjennomgåes og det diskuteres rundt applikasjonen med våtgass. Laser Doppler Velocimetry ble prøvet ut, men det viste seg at denne måleteknikken er for ømfintelig til at den kan brukes med våtgasstrømning. En spesialløsning med pitot-prober er en mulig metode for fremtidige visualiseringsforsøk. Til slutt presenteres et eget eksperiment hvor en industriell kompressor utsettes for tørr- og våtgass. Formålet med eksperimentet var å dokumentere ustabiliteter, med hovedfokus på frekvens og størrelse. Karakteristikken til tørrgassustabilitetene ble kartlagt ved hjelp av dynamiske trykksensorer plassert i diffusoren. Resultatene ble sammenligning med resultat fra tidliger eksperiment funnet i litteraturen. Funnene stemte godt med tidligere forsøk gjort med tørrgass. Karakteristikken til våtgass lot seg ikke identifisere like lett. De dynamiske sensorene plukket ikke opp noen stallfrekvenser eller størrelser, selv om ustabiliteter var observert visuelt ved testkjøring. Det ble heller ikke funnet noe bevis på at maskinen gikk i surge.