In order to optimize the solving of stochastic simulations of neuron channels, an attempt to parallelize the solver has been made. The result of the implementation was unsuccessful. However, the implementation is not impossible and is still a field of research with big potential for improving performance of stochastic simulations.

Unmanned flying vehicles (UAVs) are tools that can be used in a variety of scenarios. The most common areas of application are outdoors, where there are not many obstacles to take into consideration when planning a route. In indoor scenarios, the requirements on the path planning system of the UAV becomes stricter, as these scenarios tend to contain more obstacles compared to flying at higher altitude outdoors. Considering a drone with multiple objectives (waypoints to visit), two problems initially come to mind, namely path planning and combinatorial optimization. To finish the objectives in the most effective way, the optimal path between the waypoints needs to be calculated, as well as the order in which the waypoints need to be visited. Another challenge is the fact that the UAV runs on limited battery capacity, and thus might not be able to finish the objectives before running out of battery. Therefore, the combinatorial optimization needs to include visits to a recharging station. The objective of this thesis is to combine and modify methods for path planning and combinatorial optimization in a way that a route can be calculated within a limited time budget, to allow the computation to be executed “on the fly”. The method used for path planning is ANYA, and the two methods used for the combinatorial optimization are ant colony optimization (ACO) as well as the Lin-Kernighan-Helsgaun (LKH) method. The nearest neighbor method (NN) will be used as a baseline for comparison. We propose an algorithm to include the battery constraint in the optimization. To evaluate the algorithms, we measure the computational time, to know if the method works in real-time, and also the estimated time for the UAV to finish the route, which will determine the energy efficiency of the route. We find that the ACO’s solutions improve over time, but require a long computational time, which makes it not suitable for small time budgets. LKH produces better routes than the NN method, and does so within the chosen time budget, as long as the number of waypoints is limited. The algorithm to optimize the trips to the recharging station works better than the previous use of LKH for this specific problem. / Obemannade flygande fordon är verktyg som är användbara inom en mängd områden. Vanligaste miljön för användning av dessa verktyg är i utomhusmiljöer där inte många fysiska hinder existerar. I inomhusscenarion blir kraven på vägplanering större, då dessa miljöer ofta innehåller fler hinder än vid flygning på högre altituder utomhus. Givet ett scenario med en drönare med flera målpunkter att besöka, finns två stora utmaningar, nämligen vägplanering och ruttplanering. För att besöka alla målpunkter behöver vi en metod för att identifiera närmsta, kollisionsfria vägen mellan målpunkterna, men också en metod för att hitta den optimala ordningen att besöka punkterna i. En annan utmaning som uppstår på grund av drönarens begränsade batteritid är att det inte finns någon garanti på att den hinner besöka alla målpunkter innan batteriet tar slut. Därför måste ruttplaneringen innefatta besök till en laddningsstation. Målet med detta examensarbete är att kombinera och modifiera metoder för väg och ruttplanering på ett sätt så en effektiv rutt mellan alla målpunkter kan identifieras, utan att drönaren får slut på batteri, samt med kravet att metoden ska kunna hitta en lösning inom begränsad tid. Metoden som används för vägplanering är ANYA, och de två metoderna som används för ruttplanering är myrkolonioptimering och Lin-Kernighan-Helsgaun-metoden. Närmsta-granne-metoden kommer användas som en baseline för jämförelsen mellan metoderna. Vi föreslår en algoritm som inkluderar batteribegränsningen i ruttplaneringen. För att utvärdera algoritmerna mäter vi beräkningstiden, för att ta reda på om metoden fungerar i realtid. Vi mäter även den uppskattade tiden det tar för drönaren att slutföra rutten, vilket kommer beskriva hur energieffektiv rutten är. Vi finner att myrkolonioptimering ger en bättre och bättre lösning över tid, men kräver en lång beräkningstid, vilket gör den opassande för korta tidsbegränsningar. LKH producerar bättre rutter än närmsta-granne-metoden, och gör det inom den givna tidsramen, så länge antal målpunkter är begränsade. Algoritmen för att optimera besöken till laddstationen fungerar bättre än tidigare appliceringar av LKH på samma problem.

Electrical energy is commonly used in households and in industry - demand continues to rise due to economic and population growth. This requires that energy suppliers must increase their supply capacity. The result is that end–user energy costs continue to increase, therefore a growing need exists to reduce electrical energy demand in South Africa and internationally. Households account for the majority of electrical energy customers, but they only consume a fraction of the total energy supplied. The industrial sector and mines combined consume approximately 42% of the total electrical energy produced. Approximately 10% of this energy goes into compressed air production. This study focuses on methods of reducing the requirement of compressed air in industry so that the demand for electrical energy can be reduced. Many studies have focused on specific methods of reducing energy usage associated with compressed air production. These methods are categorised into methods of reducing compressed air requirements and methods of increasing compressed air supply efficiency. This study aims to combine these efforts into a single optimised solution. Although this study includes industry in general, the central focus is on the South African mining industry. Two different mining sites are considered and analysed as case studies. Methods of reducing energy required to produce compressed air were applied to each case study. Case Study 1 only allowed limited control of the compressed air system. In Case Study 2 integrated control was realised. Energy usage of compressors was reduced by 18.9% and 42.9% respectively. Results show that system savings can be doubled by combining different methods of reducing energy usage of compressed air. This, however, requires continuous monitoring and control of the air network at each section supplied with compressed air. The study is limited to achieving savings by changing the air system. Additional savings can be achieved by training personnel, altering schedules of production activities and implementing a system designed to locate air leaks. / Thesis (M.Ing. (Mechanical Engineering))--North-West University, Potchefstroom Campus, 2012.

Electrical energy is commonly used in households and in industry - demand continues to rise due to economic and population growth. This requires that energy suppliers must increase their supply capacity. The result is that end–user energy costs continue to increase, therefore a growing need exists to reduce electrical energy demand in South Africa and internationally. Households account for the majority of electrical energy customers, but they only consume a fraction of the total energy supplied. The industrial sector and mines combined consume approximately 42% of the total electrical energy produced. Approximately 10% of this energy goes into compressed air production. This study focuses on methods of reducing the requirement of compressed air in industry so that the demand for electrical energy can be reduced. Many studies have focused on specific methods of reducing energy usage associated with compressed air production. These methods are categorised into methods of reducing compressed air requirements and methods of increasing compressed air supply efficiency. This study aims to combine these efforts into a single optimised solution. Although this study includes industry in general, the central focus is on the South African mining industry. Two different mining sites are considered and analysed as case studies. Methods of reducing energy required to produce compressed air were applied to each case study. Case Study 1 only allowed limited control of the compressed air system. In Case Study 2 integrated control was realised. Energy usage of compressors was reduced by 18.9% and 42.9% respectively. Results show that system savings can be doubled by combining different methods of reducing energy usage of compressed air. This, however, requires continuous monitoring and control of the air network at each section supplied with compressed air. The study is limited to achieving savings by changing the air system. Additional savings can be achieved by training personnel, altering schedules of production activities and implementing a system designed to locate air leaks. / Thesis (M.Ing. (Mechanical Engineering))--North-West University, Potchefstroom Campus, 2012.

The effectiveness of the heat transfer in a geothermal reservoir strongly depends on its temperature, pressure and rock type. A porous and fractured rock is essential to provide a hot fluid circulation to a geothermal power plant. Velocity anomalies in seismic tomography may relate to the location of a fluid reservoir, hydrothermal systems, and possible heat sources. However, the subsurface properties like porosity, fracture density, and fluid state (e.g liquid, gas or supercritical fluid) cannot be inferred directly using seismic tomography. The inversion of seismic data can be combined with an effective medium model (EMM) to investigate such rock and subsurface properties. In the present study, we implement an EMM involving elastic rock properties and the following descriptions of inclusions: pore porosity, fracture density, fracture aspect ratio, fracture porosity, and liquid ratio. The chosen EMM was reproduced from the work of Adelinet et al. (2011a) and Adelinet (2010). Tomographic results were inverted for the same geographic area (Krysuvik in Iceland) in order to validate our method and to confirm the presence of the supercritical fluid reservoir. We re-evaluate the assumptions and constraining parameters choice of the inverse model used in Adelinet et al. (2011a) and Adelinet (2010), in order to 1) get a better understanding of the underlying problems, 2) investigate the sensitivity of the results based on the constraining parameters, 3) produce suitable workflows, and 4) build an adaptive method for geothermal exploration in different areas. The newly implemented method found the same qualitative results in Krysuvik as Adelinet et al. (2011a). Namely, at ≈ 6.5 km depth both values of fracture density and of liquid ratio are consistent with hydraulic fracturing and a probable super-critical fluid reservoir. Afterwards, the method was applied to the Hengill volcanic complex. Fracture density and liquid ratio values similar to those observed at Krysuvik and associated to a geothermal reservoir were obtained at Hengill at the exact location of existing production sites. Our results also showed limitations of initial assumptions and could contribute to improve the method. This study could be a starting point to build a more sophisticated tool for geothermal exploration. / Idag består majoriteten av världens energiproduktion av fossilt bränsle. Naturgas, kol och olja stod tillsammans för 70% av världens energiproduktion 2010 och det ökar konstant trots nödvändigheten att minska koldioxidutsläppen. Geotermisk energi är en hållbar resurs men bidrar endast med mindre än 2% av världens energi. Det finns dock undantag, exempelvis på Island där 70% av all energi som förbrukas kommer från geotermiska resurser. Island är en seismiskt aktiv region som inkluderar diverse olika geotermiska områden med hög temperatur. På grund av detta, har det där skett mycket forskning om geotermiska resurser. Vidare information är nödvändig för att utforska potentialen av att nyttja geotermisk energi. I denna studie impementerades en metod som kombinerar seismiska hastigheter och teoretiska mekaniska egenskaper av stenar, exempelvis stenbrottsgeometri. Metoden tillåter att uttyda egenskaper under ytan, framförallt tätheten av sprickor och det fysiska tillståndet av vätskan. Dessa egenskaper kan bidra med relevant information för beslutstagande och är nödvändiga för att lyckas med borrning. En optimering av mätna och teoeriska värden var beräknad för att hitta de optimala värdena av spricktäthet och det fysiska tillståndet av vätskan. Studien fokuserar huvudsakligen på två geotermiska områden på Island, Krysuvik- och Hengill-vulkanernas områden. Resultat erhållna från Krysuvik konfimerade en möjlig superkritisk vätskereservoar på ettdjup av 5.5-6.5 kilometer. Efter att ha studerat Hengill-området, uppkom resultat på den geotermiska utvinningsplatsen men det visade även begränsningar kring metoden. Metoden behöver förbättras och anpassa sig till funktionen av området. Heterogeniteten och de komplexa egenskaperna (till exempel bergskomposition eller vätskealternering) under ytan ledde till omvärdering av antaganden gjorda i den initiala mediummodellen.

The use of alternative fuels, particularly renewable energy sources, has been an important strategy to achieve greenhouse gas emission reductions. In Bolivia, many rural areas struggle with an unreliable power supply. The most common electricity solution in such isolated areas is to have off-grid systems, where hybrid systems have become a feasible solution. In this study, a hybrid system in the rural village El Espino is optimized using a linear programming tool called MicroGridsPy. Currently, the village is powered by a hybrid system consisting of solar photovoltaics, a diesel generator and lead-acid batteries as a storing system. To optimize the system in a sustainable way, considering economic, environmental and social aspects, two wind turbines of the nominal capacities 5 and 10 kW are studied and introduced to the hybrid system. To find synergies between the wind and solar energy, the irradiance and wind speed of the study area are simulated using a Weather Research and Forecasting (WRF) model. The power output from the wind turbines can then be obtained by modelling the power curves and then be added to the optimization model. The optimization is performed both with and without the wind turbines to evaluate the impact of them. In the optimization model, characteristics of the components, techno-economic parameters, including investment costs, and constraints such as renewable penetration, and cost of the curtailment are set. The obtained results include that the wind speed is higher during the winter season, and that the wind power output, regardless of turbine size, is proportional to the wind speed. Furthermore, the 10 kW wind turbine is proven to be the most suitable for the system of the two compared. The economical values of the system, such as NPC and LCOE are higher, the higher the renewable penetration, but lower for the system with wind turbines. This implicates that adding wind energy to the hybrid system could be beneficial from both an environmental and economical point of view. One conclusion that can be drawn is that wind turbines are a feasible technology for rural electrification, and that the optimization tool is sensitive to cost. Furthermore, it is found that the wind and solar energy are suitable complements to each other both season wise and daily. / Användningen av alternativa bränslen, särskilt förnybara energikällor, har varit en viktig strategi för att minska utsläppen av växthusgaser. I Bolivia kämpar många landsbygdsområden med en opålitlig strömförsörjning. Den vanligaste lösningen för elektricitet i sådana områden är off-grid system, där hybridsystem har blivit en lämplig lösning. I denna studie, optimeras ett hybridsystem beläget i byn El Espino, med ett linjärt programmeringsverktyg; MicroGridsPy. För närvarande drivs byn av ett hybridsystem bestående av solceller, en dieselgenerator och blybatterier för att lagra energin. För att optimera systemet på ett hållbart sätt, utifrån ett ekonomiskt, miljömässigt och socialt perspektiv, studeras två vindturbiner med de nominella kapaciteterna 5 och 10 kW, för att sedan introduceras till hybridsystemet. För att göra detta simuleras områdets solstrålning och vindhastighet med hjälp av en WRF-modell (Weather Research and Forecast). Effekten från vindturbinerna kan då erhållas genom att modellera effektkurvorna, och kan därefter läggas till i optimeringsmodellen. Optimeringen utförs både med och utan vindturbiner för att på så sätt utvärdera deras inverkan på systemet. I optimeringsmodellen fastställs egenskaper hos komponenterna, techno-ekonomiska parametrar, inklusive investeringskostnader och begränsningar såsom förnybar penetration och kostnad för energispill. De erhållna resultaten visade bland annat att vindhastigheten är högre under vintersäsongen, och att effekten är proportionell mot vindhastigheten, oavsett storlek på vindturbin. Vidare har vindturbinen med kapacitet 10 kW visat sig vara den mest lämpade för systemet av de två jämförda. Systemets ekonomiska värden, såsom NPC och LCOE, är högre, ju högre förnybar penetration, men lägre för systemet med vindturbiner. Detta implicerar att vindenergi kan vara till nytta för hybridsystemet, både ur miljösynpunkt och ur en ekonomisk synvinkel. En slutsats som kan dras är att vindturbiner är en passande teknik för landsbygdselektrifiering, och att optimeringsverktyget som användes är känslig mot kostnader. Vidare konstateras att vind- och solenergi kompletterar varandra både säsongsvis och på daglig basis.

The European Energy system is currently transitioning towards a reduced use of fossil fuels and increasing use of renewable energy. Hydrogen as energy carrier for renewable electricity has a potential to play a significant role in this transition. It can be stored and transported in its gaseous or liquid state, and utilized in industries that require highprocess heat, which makes them difficult to decarbonize. Further, hydrogen storage canbe employed to store over‐produced renewable electricity in large scale and for long periods of time. This research aims to develop a methodology to conduct a layout and dispatch optimization for utilizing locally produced hydrogen. The objective is to find the least cost supply pathway for a defined demand. In this case study, hydrogen is produced by water electrolysis supplied by the local electricity grid and renewable electricity, such as solar PV, onshore and offshore wind turbines. The scope is limited to gaseous hydrogen thereby the distribution is also limited to pipelines or road trucks. The optimized supplychain comprises four main stages: I) electricity generation and storage; II) hydrogen production; III) hydrogen compression and storage; IV) hydrogen transportation to the end consumer. It results in the system's optimum hourly dispatch schedule and a proposed least‐cost layout. The developed methodology is finally applied to an industrial case study in Sweden, for which scenarios with varying boundary conditions are tested. The least cost supply chain for the case study resulted in a system solely supplied with electricity purchased from the grid, a PEM electrolyzer, a hydrogen storage in a Lined Rock Cavern, and hydrogen transport via pipeline. The lowest Levelized Cost of Hydrogen from electricity purchase until delivery is 5.17 EUR/kgH2. The study concludes that there is no one optimum solution for all and the constraints of the optimization problem need to be evaluated case by case.The study further highlights that intermittency and peaks of both electricity availability and hydrogen demand can lead to an increase in system cost owing to the oversizing and storage needs. / Det europeiska energisystemet är för närvarande i en övergångsprocess mot en minskande användning av fossila bränslen och en ökande användning av förnybar energi. Vätgas som energibärare för förnybar el har potential att spela en viktig roll i denna övergång. Vätgas kan lagras och transporteras i gasform eller flytande form, och användas i industrier som kräver hög processvärme vars koldioxidutsläpp därför är svåra att minska. Vidare kan vätgaslagring användas för att lagra överproducerad förnybar el istor skala och under långa perioder. Denna forskning syftar till att utveckla en metod för layout och distributions optimering för utnyttjandet av lokalt producerad vätgas. Målet är att hitta den minst kostsamma försörjningsvägen för en definierad efterfrågan. I den här fallstudien produceras vätgas genom vattenelektrolys som försörjs av det lokala elnätet och förnybar el, t.ex. solceller, vindkraftverk på land och till havs. Omfattningen är begränsad till gasformig vätgas och därmed är distributionen också begränsad till rörledningar eller lastbilar. Den optimerade försörjningskedjan består av fyra huvudsteg: I) elproduktion och lagring, II) vätgasproduktion, III) komprimering och lagring av vätgas, IV) transport av vätgas till slutkonsumenten. Metodens output är systemets optimala timplan och ett förslag till layout med den lägsta kostnaden.  Den utvecklade metoden tillämpas slutligen i en industriell fallstudie i Sverige, för vilken scenarier med varierande randvillkor testas. Den minst kostsamma försörjningskedjan för fallstudien resulterade i ett system som enbart försörjs med el som köps från nätet, en PEM‐elektrolyser, ett magasin för vätgaslagring i ett fodrat bergrum och vätgastransport via en rörledning. Den lägsta Levelized Cost för vätgas från el inköp till leverans är 5,17EUR/ kgH2. I studien dras slutsatsen att det inte finns någon optimal lösning i allmänhet och att begränsningarna i optimeringsproblemet måste utvärderas från fall till fall. Studien belyser vidare att ostadighet och toppar i både eltillgången och efterfrågan på vätgas kan leda till en ökning av systemkostnaderna på grund av överdimensionering och lagringsbehov.

This report is based on the work carried out on behalf of Uppsala Municipality within the framework of the course Independent Work in Energy Systems.The main purpose of the project was to develop a tool capable of generatingreliable simulations of power demand in 24 areas for the future developmentof the Southeast District in Uppsala. The goal was also for the tool to assistin sizing the energy system in the areas and provide suggestions for futuresolutions that can be adapted for the district.The tool was developed in the Python programming language to be compatible with Excel, as agreed upon with Uppsala Municipality. The tool hasthe ability to simulate the total power demand from different types of buildings and model the power load resulting from electric vehicle charging. Inaddition to this, the tool can calculate the electricity production from solar panels, thereby creating simulations of the total power demand in theSoutheast District.

This study is conducted at Scania, a globally leading company that manufactures trucks and delivers transport solutions to customers around the globe. In this study, the end flow of the chassi manufacturing was mapped in order to identify and eliminate wastes and bottlenecks, with the help of lean principles and discrete event simulation (DES) software. The assembly line consists of a make-to-order production head line that sends out semi-finished trucks to the end flow. The end flow is thereby codependent on the output from the head line. A synchronized tacted flow would minimize the wait in the stations, which is considered a waste in production, and enhance quality of work as deviations become more visible. The complexity of the production system has however made the department disregard the usage and implementation of simulations tools for improvement and decision making. The aim of this study was to evaluate the applicability and feasibility of DES as a tool for waste elimination, to increase throughput in a complex system and for investigating a better ratio between the takt times of the codependent assembly lines. This was done by developing future scenarios with different configurations of the model, studying how the parameters' behavior change in DES. Recommendations for reaching more effective codependent assembly lines with the help of DES were developed, analyzing the benefits and challenges of using simulation solutions for future decision making. The study offered useful insights and practical guidelines for companies with complex codependent assembly lines, wanting to use DES to implement lean principles. Five different improvement scenarios were tested and it was concluded that an increased number of buffer spots would have the largest impact on the throughput. An optimized takt time for a maximized throughput was also possible to identify with an enumeration method with scenarios. The drawback of DES for complex codependent lines was found to be the inability to consider all surrounding factors such as safety, ergonomics, quality and communication, which makes it a less applicable tool for waste elimination. The benefit of the DES simulation was the ability to manage complexities such as; different takt times between lines; gaps that occur in the production because of trucks removed from the head line; the interplay of the various inflows merging; the additional time to receive trucks from the reparation department; and stop times that cause waiting time at the production line. It was therefore considered an applicable tool for deciding the takt time for codependent lines. / Denna studie är genomförd på Scania, ett globalt ledande företag som tillverkar lastbilar och levererar transportlösningar till kunder runt om i världen. I denna studie kartlades slutflödet av chassitillverkningen för att identifiera och eliminera slöserier och flaskhalsar, med hjälp av leanprinciper och Discrete Event Simulation (DES). Produktionslinan består av en make-to-order huvudlina som skickar ut halvfärdiga lastbilar till slutflödet. Slutflödet är därmed beroende av utflödet från huvudlinan. Ett mer synkroniserat taktat flöde skulle minimera väntetider på stationerna, vilket anses vara slöseri i produktionen, och förbättra kvaliteten på produkterna. Produktionssystemets komplexitet har dock fått avdelningen att bortse från användningen och implementeringen av simuleringsverktyg för beslutsfattande. Målet med denna studie var att utvärdera användbarheten och genomförbarheten av DES som ett verktyg för att eliminera slöserier för att öka antal producerade produkter i ett komplext system, för att undersöka en bättre relation mellan takttider för olika linor. Detta gjordes genom att utveckla framtidsscenarier med olika konfigurationer av modellen där olika parametrarnas beteende och förändring studerades. Rekommendationer för att nå mer effektiva samberoende monteringslinjer med hjälp av DES utvecklades, där fördelarna och utmaningarna med att använda simuleringslösningar för framtida beslutsfattande analyserades. Studien gav insikter och praktiska förslag för företag med komplexa samberoende monteringslinjer, som vill använda DES för att implementera lean-principer. Fem olika förbättringsscenarier testades och resultatet visade att ett ökat antal buffertplatser skulle ha störst påverkan på antal producerade produkter. En optimerad takttid för att maximera antal producerade bilar var också möjlig att identifiera med en numerisk analys där olika intervall av takttider testats i olika scenarier. Nackdelen med DES för komplexa produktionsflöden visade sig vara oförmågan att ta hänsyn till olika omgivande faktorer som säkerhet, ergonomi, kvalitet och kommunikation. Detta gör det till ett mindre användbart verktyg för att mäta effekten av att eliminera slöserier. Fördelen med DES-simuleringen var förmågan att hantera komplexitet såsom; olika takttider mellan olika flöden; luckor som uppstår i produktionen på grund av borttagna lastbilar från huvudlinjen; samspelet mellan de olika inflödena som slås samman; den extra tiden för att ta emot lastbilar från andra avdelningar; och stopptider som orsakar väntetid vid produktionslinjen. Därmed ansågs DES vara ett användbart verktyg för att bestämma takttiden för komplexa flöden.