I denne masteroppgaven har det blitt sett på hvordan fleksibilitet i strømforbruk kan utnyttes for å bedre forsyningssikkerheten og redusere topplast. Europa står foran store utfordringer med stadig økende forbruk og økt andel uregulerbar fornybar energi, samtidig som kraftnettet blir eldre. Også i Norge har vi områder med stort energiunderskudd og begrensninger i overføringskapasitet inn til området. Det går utover forsyningssikkerheten, spesielt hvis det oppstår avbrudd og en linje faller ut av drift. Norge skal innføre avanserte måle- og styringssystemer (AMS) med målere som skal registrere forbruket minimum en gang i timen og med mulighet for registrering hvert 15. minutt. Etter forslag fra Olje- og energidepartementet og Norges vassdrags- og energidirektorat skal de nye målerne være installert i alle målepunktene i Norge innen 1.1.2017. I Midt-Norge er det foreslått nye målere i 80 % av målepunktene innen 1.1.2014. Pr. juni 2011 er ikke fristene for utrulling endelig vedtatt. De nye målerne skal gi forbrukerne motivasjon for å redusere forbruket i timer med høy pris og stor belastning på nettet. AMS kan gi mulighet for å koble ut enkelte laster, som varmtvannstanker, panelovner og varmekabler, i husholdninger i et stort område. I denne masteroppgaven fokuseres det på Midt-Norge og hvilken betydning slik utkobling av last kan ha å si for belastningen i sentralnettet. I Midt-Norge er det identifisert en fleksibel last i husholdninger på totalt 240 MW. Det er gjennomført lastflytberegninger der det er sett på virkningen av å koble ut opptil 240 MW last ved feil i en linje i sentralnettet inn til eller i Midt-Norge. Beregningene viser at i situasjoner med høyt forbruk og lav produksjon i Midt-Norge kan lastutkobling benyttes for å holde effektflyten på snittene inn mot området lavere enn overføringsgrensen. Dette er særlig aktuelt ved utfall av en linje inn mot Midt-Norge eller ved tap av produksjon i Midt-Norge. Ved å redusere topplasten kan tapene i sentral- og regionalnettet reduseres med opptil 10 MW, avhengig av hvor mye som kobles ut og last- og produksjon i Midt-Norge den aktuelle timen.

The goal of this thesis is to evaluate if flutter is a challenge to a 10 MW wind turbine. Flutter is an aeroelastic instability which occurs due to the interaction between the aerodynamic forces and the elasticity of the blade. Torsional motions of the blade lead to variations in the aerodynamic forces due to changes in the angle of attack of the airfoil. The variation in aerodynamic forces creates flapwise vibration of the blade. When the vibrations of the blades are in an unfavourable phase with the aerodynamic forces, flutter occurs. Flutter may lead to rapidly increasing vibrations of the blade and failure of the blade. The 10 MW reference turbine from NOWITECH, Norwegian Research Centre for Offshore Wind Technology, was studied. An aeroelastic stability analysis was performed using the aeroelastic stability tool HAWCStab2. It was found that this wind turbine becomes unstable at approximately twice the operational speed of the turbine. The turbine does not experience flutter in normal power producing operation. A simulation in the time domain was also performed, using the aeroelastic tool HAWC2. In a run-away situation, the turbine was found to become unstable with flutter before it reached the run-away speed. The turbine was then analysed with other blades. A softer blade and a stiffer blade were studied. The soft blade was found to become unstable at 1.8 times the operational speed of the turbine. The stiff blade was found to become unstable at around 2.5 times the operational speed. The stiff blade was the only blade where the turbine was able to reach the run-away speed without experiencing instabilities.

Sediment erosion is a large problem for turbines operated in sand laden water, especially in the Himalayas and the Andes Mountains, where the contents of hard minerals in the rivers are high. A program called <i>RenewableNepal</i> supports the development of a new design philosophy for hydraulic turbines. NTNU and Kathmandu University cooperate within this program, and this master thesis is part of that cooperation.The objective of this thesis is to carry out the hydraulic design of a Francis turbine with reduced velocities. As part of that, a design software has been developed, using Matlab as programming tool. This software has been used to generate a reference design with the same physical dimensions as for the existing runners at Jhimruk Hydrorelectric Centre in Nepal. CFD analysis has been performed to verify the design software output, showing good results. Analysis of erosion from CFD were not successful as mesh independency for the analysis could not be established. Hence results for erosion prediction from CFD studies has not been presented in this thesis.A parametric study has been carried out, varying either the outlet diameter, the number of pole pairs, the inlet velocity, the acceleration of the flow through the runner, the height of the shroud or the blade angle distribution. An erosion model was implemented in the design software, and used as a control variable for the parametric study. CFD analyses using Ansys CFX were performed for selected designs with lower erosion than the reference design. The largest reduction of erosion was obtained when increasing the number of pole pairs, which implies that the rotational speed of the turbine is decreased. This does however increase the size of both the turbine and the generator, which cause increased investment costs as well. CFD analysis shows that the hydraulic efficiency for this design is higher than for the reference design. It was also discovered that by changing the blade angle distribution, and consequently also the energy distribution, a substantial reduction of erosion was possible without changing the physical dimensions or the rotational speed of the turbine. The efficiency for this design is also higher than for the reference design. The most promising design was found as a combination of these two effects, giving a reduction of the erosion of 50 percent compared to the reference design. CFD analysis for this design show a good efficiency and acceptable flow conditions in the runner. This and other designs with the modified blade angle distribution will have an unconventional energy conversion through the runner, leading to larger hydraulic forces on the trailing edge of the blades. Strength analyses of the blade would be beneficial, but have not been performed.The main focus in this thesis has been on developing the design software and developing runner designs for reducing sediment erosion. There have been no attempts for optimizing the designs of the guide vanes and stay vanes due to time constraints.

The Höegh LNG FPSO is designed for a CO2 removal of a gas stream containing 12.3% CO, but has a desire to add discuss alternative CO2 compositions.The thesis aims to give an introduction of some CO2 removal technologies. The work of this thesis is comprised of a literature study and evaluation of different aspects of these technologies. The evaluation includes discussing the aspects of the technologies and also collecting comparative data.There are three main technologies for CO2 removal; amine, membrane and molecular sieve. These were chosen from the literature study to be most suitable for removal of CO2 for LNG production. Two combinations are most relevant, the amine-membrane, and the amine-molecular sieve.Both the molecular sieve and the membrane have certain issues with regards to hydrocarbon losses. The best solution is to use both of these losses as fuel for the turbine. This however requires the turbine design to be adjusted accordingly.The molecular sieve is suggested used for CO2 compositions of less than 0.1%. The amine solution is suggested used for CO2 compositions between 0.1% and 6%. The membrane-amine solution is suggested for CO2 compositions above 6% because of the high bulk removal capability of the membrane and the ability for the amine process to remove CO2 on the lower part of the scale.

Due to the increasing demand for LNG, more environmental friendly regasification solutions are of interest. Aker Solutions has developed a concept for zero emission regasification of LNG, where the regasification train is heat integrated with an oxy-fuel power and steam plant. The oxy-fuel combustor burns part of the send-out gas in an oxygen enriched environment. The flue gas produced is CO2 rich, making CO2 capture feasible. 95mol% pure oxygen is produced by cryogenic distillation in an ASU. Today, oxy-fuel combustion is not economical feasible, mainly due to the significant power demand in the ASU and the CO2 Compression and Purification Unit (CPU). This thesis investigates opportunities of reducing the power consumption in the plant. Pinch analysis is used to evaluate the heat integration in the Aker Solutions’ concept. Simulation models are created in Aspen Hysys to investigate possibilities of integrating the ASU with the power and steam plant, and to find the impact of changing the oxygen purity. In addition the use of membranes to separate air is discussed. The heat integration was evaluated in terms of sequence of the pair matches, and placement of Heat Transfer Fluids (HTFs). The sequence of the streams was found acceptable. However, changing the HTF in LNG heater 2 and 3 from MEG/Water to Methanol could be beneficial. The freezing point of Methanol is lower than that of MEG/Water; hence the HTF can be shifted to a lower temperature. Because LNG has a higher h-value than the hot streams, ∆T between the LNG and the HTF should be lower than that of the hot fluid and the HTF. If the oxygen purity was set to 90mol%, the load of the CO2 CPU and the condenser duty of the N2/CO2 distillation were increased by 10% and 65% respectively. If the purity was increased to 97mol% the opposite results were obtained. Although increasing the purity leads to savings in the CO2 CPU, this unit only accounts for a small part of the overall power consumption compared to the ASU, hence the impact on the ASU is of greater concern. For the ASU, decreasing the purity would lead to some energy savings. However, the required equipment size of the unit would increase. If the purity is increased, the separation of Argon is required in the distillation column, thus a significant increase in energy of separation is experienced. In addition the capital expenses of the ASU are increased, due to implementation of a supplementary distillation column. Based on the previous facts, it was recommended to keep the oxygen purity at 95mol%. If integrating the ASU, cryogenic LNG should be used to cool the air upstream and downstream the air compressor. Results from Hysys showed that this would lead to 18 % reduction in external utility consumptions. In addition the compressor work of the ASU would be decrease by 14%, and the yield of the LP turbine would increase with 2MW. Today, membranes are not capable of producing large quantities of oxygen. However, there exist some membranes with great potential. The most promising membranes are found to be MIECs with a perovskite structure, especially Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ. At 800ºC the oxygen flux of these membranes are found to be approximately 1.56∙10-6 mol/scm2, and the oxygen purity obtained is above 99mol%. The thickness of one of these membrane were found to be 1.8mm, hence more than 1∙109 membranes are required to produce enough oxygen for the oxy-combustion plant. Although these membranes have a great potential, they need to be further evolved before implemented to oxy-fuel power plants.

Med inspirasjon frå lekkasja etter «Deepwater Horizon»/Macondobrønnulukka i2010, er det foreslått og modellert eit nytt system for innfanging og oppsamlingav olje rett frå brønnhovudet ved lekkasje på store havdjup. Dette systemetbestår av eit stigerøyr som er senka frå eit farty ned på lekkasjestaden, med einoppsamlingskuppel i nedre enden. Systemet blir tetta ved å påføre eit lågare indretrykk i denne kuppelen enn det hydrostatiske havbotntrykket, slik at koplingamellom kuppelen og havbotnen blir hydrodynamisk foresgla.Denne modellen, som også innheld ein grov modell for heile brønnen, gjennomgårdatasimuleringar, kor han er diskretisert med karakteristikkmetoden.Alle simuleringane er i 1D, einfase. Det er lagt hovudvekt på oppstarten avsystemet. Som plattform for datasimuleringane er MATLAB nytta, og alle simuleringarer gjort på ei 64-bits bærbar datamaskin.Det viser seg at den vanskelegaste delen av oppstarten er tida frå strøyminga istigerøyret er stilleståande, til trykket i oppsamlingskuppelen synk under brønnhovudtrykket,slik at dei to systema blir eitt. Ei løysing på dette ser ut til å vereein sakte, liten, ikkjelineær senking av stigerøyrets topptrykk i to steg, først tilforsegling og samanslåing er oppnådd. Etter dette blir systemet meir medgjørleg,og kan enkelt påførast kva sluttrykk ein treng for å få oppsamlingskuppelen til åsetje seg i havbotnen.

I denne masteroppgaven undersøkes det hvordan polarisasjonsfenomenet og DC ledningsevnen påvirkes av ulike faktorer. Det legges spesiell vekt på å vise hvordan temperatur, tid og spenning påvirker disse fenomenene. Resultatene av analysen brukes til å vurdere retningslinjer for dimensjonering av massekabelisolasjon.Forsøkene som ble utført for å karakterisere disse faktorene, var måling av polarisasjons- og depolarisasjonsstrømmer både på tvers og på langs av kabelenisolasjonen. Spenning og temperatur ble variert for å undersøke hvordan ledningsevnen og polarisasjonen ble endret av dette. For å kunne gjennomføre forsøkene ble det laget en målekrets og to prøveobjekter. Det første prøveobjektet var en 4,5 meter lang kabel som ble brukt til å måle den dielektriske responsen på tvers av kabelisolasjonen. Det andre prøveobjektet var en 25 mm tykk kabelskive som ble brukt til å måle den dielektriske responsen på langs av kabelisolasjonen. Disse prøveobjektene ble tatt ut av en del av NorNed kabelen. Dette er en 450 kV HVDC massekabel. For å logge målingene, ble det utviklet et eget loggerprogram som styrte hele prøvetakningen. En bit av kabel ble også dissekert for å se nærmere på kabelens oppbygning, og de ulike isolasjonsmaterialenes dimensjoner. Arbeidet med denne masteroppgaven har ledet frem til følgende konklusjoner:I kabelisolasjonen vil den mest dominerende polarisasjonsmekanismen være grenseflatepolarisasjon. Det vil likevel foregå to ulike typer grenseflatepolarisasjon, en rask grenseflatepolarisasjon i oljefilmene i isolasjonen, og en tregere grenseflatepolarisasjon i buttgapen.På bakgrunn av resultatene og diskusjonen kan en konkludere med dielektriske respons og DC ledningsevne i en massekabel er avhengig av temperatur, tid, påtrykt spenning og kabelisolasjonens oppbygning.Når det gjelder den dielektriske responsen kan en ut fra tidskonstantene for de forskjellige forsøksresultatene konkludere med at polarisasjonen i kabelisolasjonen skjer raskere ved temperatur og spenningsøkning. Polarisasjonsstrømmen vil også raskere stabilisere seg ved økning av disse parameterne. Stabiliteten til polarisasjonsstrømmen var f. eks ved t = 6 h, 35 ganger mer stabil for forsøket utført ved 60 ͦ C og 10 kV enn for forsøket utført ved 20 ͦ C og 3 kV.Ledningsevnen til kabelisolasjonen er hovedsaklig avhengig av påtrykt E-felt og temperatur, men for massekabler vil også isolasjonsoppbygningen være en avgjørende faktor. For prøveobjektet der ledningsevnen ble målt på tvers av kabelisolasjonen ble ledningsevnen beregnet til:σ=5,79*〖10〗^(-17) e^((0,105T+0,155E))Ledningsevnen på langs av kabelen kan som en forenkling sees på som ledningsevnen til oljen. Denne ble målt til å være 103 ganger høyere enn ledningsevnen på tvers av kabelen. Dette vil si at konduktiviteten vil stort sett være forårsaket av oljen i isolasjonen. Ladningene vil altså bevege seg i buttgapene og oljefilmene i kabelisolasjonen.Som en løsning på dette problemet kan buttgap og oljefilmer gjøres mindre, men det er viktig at dette ikke går utover kabelens mekaniske egneskaper. Siden ledningsevnen er avhengig av temperaturen, og ledertap vil føre til varmeutvikling, er det også viktig at den termiske konduktiviteten i isolasjonen er god. Hvis temperaturvariasjonene i kabelisolasjonen er stor vil dette føre til en skjev feltfordeling. Bedre kontroll i produksjonen av hvor brede buttgapene i isolasjonen faktisk lages, og hvor stor variasjon bredden til buttagene blir, vil også bedre kabelens egenskaper. Hvis bredden på buttgapene varierer mye kan det oppstå "weak spots" i isolasjonen. Det er også mulig å eksperimentere med ulike dimensjoner på papirstrimlene i isolasjonen for å prøve og bedre isolasjonens elektriske egenskaper.

The lattice Boltzmann method is a modern method in computational fluid dynamics. Its primary use is the simulation of incompressible flows. It has computational advantages over conventional methods like the finite volume method. However, the implementation of boundary conditions is still an unsolved topic for this method. The method is defined on a Cartesian grid such that curved walls need special treatment as they are generally not aligned with the grid lines. We investigated a number of straight and curved boundary conditions and performed four different benchmark tests to verify these. Based on a formulation for curved walls with no-slip from the literature, we showed that this method could be extended to simulate flows with arbitrary velocity boundary conditions. Our scheme conserved the second order accuracy of the lattice Boltzmann method in time and space.

I denne rapporten er det sett på integrasjonen mellom kraftverk og CO2 fangstenhet, og hvordan avtapping av damp for å dekke energibehovet i reboileren påvirker ytelsen og virkningsgraden til kraftverkene. Dette er gjort ved å beregne energibehovet til fangstanlegget og deretter se hvordan kraftverkene ble påvirket når den dampmengden som fangstanlegget krevde ble fjernet fra dampturbinprosessene. Ved å se på både NGCC kraftverk og kullkraftverk får man et bredere grunnlag for å evaluere påvirkningen av avtappingen.Ved å beregne α - verdien for kraftverksprosessen med avtapping av damp får man et godt mål på hvor stor påvirkning avtappingen har på kraftverkets ytelse. α – verdien som, også omtales som faktoren for verdien av damp, er et forhold mellom energimengden som tappes ut og tap i produsert kraft. Simuleringene som er gjort for å finne α – verdien viser at trykknivået i overgangen mellom MT- og LT- turbinen har en markant påvirkning på yteevnen. Kullkraftverket fikk redusert den elektriske kraftproduksjonen med 11,8MW som følge av forhøyet trykk i avtappingspunktet. Tilsvarende tap for NGCC kraftverket ble på 6,6MW. Disse tapene utgjør rundt en prosent av den totale virkningsgraden til kraftverket.Slike tap i produksjon av elektrisk kraft vil føre til store økonomiske tap for kraftverket. Det viser seg også at det er stort potensial i optimalisering av de forskjellige prosessene.

This paper describes a proposed test plan for harvesting energy from waves with a linear machine that uses gas-springs. The linear machine “Prototype 2B” has been put into production and will be finished. The machine has been constructed to withstand 300 bars of gas pressure and the maximum speed of the rotor is set to 10 m/s due to the sealing. The model made in [5] uses the fundamental equations and describes the system behavior of a linear machine with gas springs. The model has been slightly improved and the input specifications for the “Prototype 2B” have been used. The simulations shows that one needs to feed electric energy in some parts of the cycle, but the whole cycle will yield a positive net contribution of electrical energy. The model is not optimized, and hence should be improved due to the time consuming simulations. Steel profiles have been proposed to use for the frame of the test-bench. The first draft of the drawing has been sent to NTNU and the workers have started to build the frame. To ensure the vibration energy to spread itself into the surroundings, isolators need to be selected and adapted. The natural frequency of the test bench with four chosen isolators was calculated to 18,17Hz. The chosen isolators are therefore most likely good enough since the lowest operating frequency of the machine was simulated to 55 Hz.Transferring the energy from the high-force-low-speed source (the wave) to the resonator has been discussed and some suggestions have been proposed. The energy transfer is done by raising pressure in a freestanding actuator with a hose connected to the gas spring. Hence, increasing the actuator pressure will increase the gas spring pressure and the force acting on the rotor will be significantly higher. A procedure to select the correct components are discussed and a Matlab script for analyzing the choice has been made. The high-force-low-speed source has been discussed. Two solutions where a hydraulic system is used have been further investigated, and some calculations and analysis have been performed. Simulations show that one need to apply a maximum force of 24115N at one actuator with a 32mm effective piston area. The regulation of the high-force-low-speed source could be crucial to obtain a good test result since the regulation of the wave must adapt itself to the resonating force of the rotor. The regulation must therefore be investigated further as it can have tremendous impact on the possibility of extracting energy from the machine.The electrical source and regulation control have been discussed. Timing of the electrical energy supplied is crucial and three operational simulations have been performed to investigate when the positive net contribution is at it`s highest. In order to extract the maximum possible net energy from the machine, the right electrical control is very important to implement. Two of the control systems have been proposed, where perhaps the simple proportional controller should be chosen to prove the concept. Later on a more sophisticated electrical controller should be applied since the efficiency of the wave energy converter could increase significantly.The non-linear compression event in the gas-springs is not proportional to the electrical extracted energy. Simulations show that when the pressure increases in the springs one could extract more energy, but the non-linear event could not be recognized. Simulations show that the efficiency of the system varies significantly with the controlling of the machine. If a simple proportional controller is adapted, the theoretical efficiency becomes 2,87% and with a more sophisticated controller one could get 10,02%. This means that there must be done more research on the electrical operating control system if energy harvesting could be profitable.