Energin är ett begrepp som används dagligen i vårt samhälle. Energin kan inte skapas men däremot kan den omvandlas till olika former, förbrukas och lagras i vissa fall. Men att omvandla energi från en form till en annan form för att sedan lagra den är en av dagens stora utmaningar inom tekniken då vi måste följa de regler som naturen dikterar. Forskning på detta område har pågått i flera decennier för att kunna ta fram lämpliga och effektiva sätt att lagra energi på. Svänghjul-system är ett sådant sätt där man kan lagra energi under begränsad tid. I mitt examensarbete har jag utnyttjat kunskapen som jag har lärt mig från elektronik kurserna för att konstruera en effektförstärkare med strömkontroll som användes för att driva ett svänghjul-system. Förstärkaren har byggts med elektronikkomponenter och styrs från datorn med m.h.a. styrprogrammet LabVIEW som kommunicerar med hårdvaran och kontrollerar svänghjulets rörelse.

Denna rapport visar på problemen i det svenska elnätet som uppstår på grund av de intermittenta energikällorna som ökar i antal vilket medför en stor variation i tillskott av energi till elnätet. Detta har gjort att el- och nätbolagen står inför stora utmaningar med möjlig kapacitetsbrist i vissa områden i framtiden samt risken för effektbrist i nätet vid vissa tidpunkter. Det har i sin tur lett till att elpriser varierar mer över dygnet och kostnaden för elleveranser ökar. En möjlig lösning på detta problem är energilagring hos elnätbolagens kunder där svänghjulstekniken är en av flera möjligheter med miljömässiga fördelar i förhållande till andra tekniker. I Jämtkrafts elnät är dock denna möjlighet inte kostnadseffektiv i dagsläget då effektpriset är lågt och elpriset inte varierar nog kraftigt, samtidigt som svänghjulstekniken för långtidslagring av energi är ny och under utveckling. Vid denna typ av energilagring är det viktigt att energibehovet stämmer överens med priset på elmarknaden för att nyttja maximal möjlighet till arbitrage och samtidigt minska effekttoppar i största möjliga mån. Studien visar på svårigheten att få energilagringen lönsam på grund av förluster i lagringen samtidigt som andra lösningar på effektutjämning kan vara mer lönsamma i vissa fall.

This thesis is the result of the investigation and solution of a mechanicalproblem regarding flywheel malfunctions. A flywheel is, in short, a devicethat relies on a rotating object’s moment of inertia to store energy overshort time spans. This project is part of the development of a fourthflywheel prototype at the division for electricity at Uppsala university,which uses magnetic levitation to keep a hollow cylinder rotating at veryhigh speeds inside a vacuum chamber. Should the magnets fail however, orsome other error occur that leads to an uncontrolled state of rotation, thecylinder needs to be stabilized mechanically by a device usually referredto as ‘back-up bearing’. This contraption might, like an airbag of a car,never be used but needs to be included if an emergency occurs to protectother parts of the flywheel which would otherwise be destroyed by theunrestrained rotor. A theoretical pre-study was conducted to determine what challenges andrespective solutions the design of such a device would encounter, forexample the amount of energy in the rotor and possible ways to dissipate itin the event of a malfunction. The benefits and downsides of materials andmachine elements such as bearings were investigated in order to design aset of backup bearings. The modelling was done using SolidWorks, which wasalso used to conduct thermal and mechanical simulations on differentconcepts. MatLab was used for calculations, using formulae from themanufacturers and from different websites. The project concluded that the sheer energy of the flywheel at top speedpresents considerable thermodynamic difficulties. A solution capable ofhandling this was however achieved, albeit barely. Unfortunately onlysimulations and calculations confirm this result as no practicalexperiments could be conducted, therefore caution is advised in futureexperiments where the flywheel speed approaches maximum levels.

Sammanfattning Syfte och frågeställningar Syftet med denna studie var att undersöka vilken av de två träningsmetoderna, svänghjulsträning och friviktsträning som eventuellt är mest effektiv för ökad fysisk prestation hos fotbollsspelare. Frågeställningar som besvarades var: Vilka eventuella effekter har svänghjulsträning och friviktsträning på 1RM knäböj med skivstång samt på hopphöjd och sprinttid? Metod 21 manliga fotbollsspelare (16–18 år) deltog i studien. Efter testning i 1RM knäböj, sprint över 5, 10 och 20 meter, samt hopptesterna counter movement jump (CMJ) och squat jump (SJ), lottades testpersonerna (TP) in i en svänghjulsgrupp (SG), en friviktsgrupp (FG) och en kontrollgrupp (KG). SG och FG utförde under fem veckor en vetenskapligt förankrad träningsintervention bestående av knäböj i antingen svänghjulsmaskin eller med skivstång. Därefter testades alla grupper igen för att se eventuella skillnader efter interventionsperioden. Resultat FG visade signifikant förbättring (p = 0,0001) i 1RM knäböj där de ursprungligen lyfte 85,8 ± 11,4 kg och slutligen 107,5 ± 9,9 kg. SG gick från 85,0 ± 7,6 kg till 99,2 ± 10,2 kg (p = 0,0004) och KG från 83,3 ± 5,4 kg till 89,2 ± 7,9 kg (p = 0,0127). KG påvisade tendens (p = 0,0738; p = 0,0599) till försämring genom att på sträckorna 10 m samt 20 m gå från 1,80 ± 0,04 s till 1,85 ± 0,07 s respektive 3,12 ± 0,09 s till 3,21 ± 0,15 s. Därutöver påvisades inga signifikanta resultat i varken sprinttid eller hopphöjd hos någon av grupperna. Slutsats Denna studie visade på signifikanta höjningar av 1RM knäböj efter fem veckors träning med svänghjulsmaskin och fria vikter hos en population av unga fotbollsspelare på breddnivå. Den största höjningen tillskrevs den grupp som tränade med fria vikter. Dock diskuterades andra vinningar av att träna på svänghjulsmaskin, som visats vara skadeförebyggande. Inga förbättringar kunde noteras för sprinttid eller hopphöjd. Ytterligare forskning behövs där studiepopulationen är större och jämnare i nivå, så att tydligare slutsatser kan dras kring vilken av de två träningsmetoderna svänghjulsträning och friviktsträning som är mest effektiv.

Reliable energy storage systems are necessary in modern sustainable societies. Storing energy in a spinning flywheel is an old technology which is further investigated in this project. By examining the reactionary forces and friction loss for bearings in a flywheel system, using both MATLAB and Google Spreadsheets, conclusions about the systems design can be drawn. Out of the reactionary forces acting on the rotor, the gravitational force and the mechanical unbalance force proved to be the significant ones, while the gyroscopic reactionary force was relatively small. According to these calculations, to minimize the friction losses, a disc shaped flywheel should be constructed. In general smaller bearing of a chosen bearing type will cause less friction than a bigger bearing of the same type. The bearings also have to be strong and durable enough to meet the requirements of the application.

This bachelor thesis investigates what kind of battery system that is suitable for an electric driveline equipped with a mechanical fly wheel, focusing on a battery with high specific energy capacity. Basic battery theory such as the principle of an electrochemical cell, limitations and C-rate is explained as well as the different major battery systems that are available. Primary and secondary cells are discussed, including the major secondary chemistries such as lead acid, nickel cadmium (NiCd), nickel metal hydride (NiMH) and lithium ion (Li-ion). The different types of Li-ion chemistries are investigated, explained and compared against each other as well as other battery technologies. The need for more complex protection circuitry for Li-ion batteries is included in the comparison. Request for quotations are made to battery system manufacturers and evaluated. The result of the research is that the Li-ion NMC energy cell is the best alternative, even if the cost per cell is the most expensive compared to other major technologies. Due to the budget, the LiFeMnPO4 chemistry is used in the realisation of the final system, which is scaled down with consideration to the power requirement.

Syfte och frågeställning Syftet med denna studie är att identifiera effekten av svänghjulsträning på styrkerelaterade variabler som påverkar idrottslig prestation genom en sammanställning av befintlig vetenskaplig litteratur. Studiens frågeställning var: (1) Vilken effekt har svänghjulsträning på muskeltillväxt (hypertrofi)? (2) Vilken effekt har svänghjulsträning på utvecklingen av maximal styrka? (3) Vilken effekt har svänghjulsträning på utvecklingen av Power (effektutveckling)? (4) Vilken effekt har svänghjulsträning på horisontell förflyttning? (5) Vilken effekt har svänghjulsträning på vertikal förflyttning? Metod En metaanalys för 15 experimentella studier som uppfyllt urvalskriterierna genomfördes. De inkluderade studierna kvalitetsgranskades med Pedros skala. För att möjliggöra en sammanställning av samtliga resultat analyserades resultaten i dataprogrammet Review Manager version 5.3 med Random effekt modell och presenteras med Forest plots. Jämförelserna gjordes över en period på 4-24 veckor. Resultat Svänghjulsträning under en period av 4-24 veckor visar på en statistisk signifikant utveckling  av muskulär hypertrofi (effektstorlek 0,68), maximal styrka (1,40), Power (1,0), horisontell (0,54) och vertikal förflyttning (0,60). Slutsats Det finns stöd i litteraturen för att friska individer presterar bättre på så väl dynamiska styrketest som funktionella test efter svänghjulsträning. Evidensen är särskilt stark för att svänghjulsträning utvecklar maximal styrka och Power för tränade yngre individer samt i kortare mer intensiva block. Denna metaanalys har bara sammanställt skillnader i prestation före och efter svänghjulsträning och kan därför inte säga om effekten av svänghjulsträning är större än effekten av upprepade mätningar eller annan träning. / Aim The aim of this study was to identify the effect of the flywheel training on strength-related variables that affect athletic performance by compiling existing scientific literature. Research questions: (1) What effect does flywheel training have on muscle growth (hypertrophy)? (2) What effect does flywheel training have on the development of maximum strength? (3) What effect does flywheel training have on the development of Power (effect development)? (4) What effect does flywheel training have on the development of horizontal movement? (5) What effect does flywheel training have on the development of vertical movement? Method A meta-analysis was conducted from 15 experimental studies that met the selection criteria. The quality of included studies was reviewed by Pedro scale. In order to identify possible bias in the selection process a Funnel plot was carried out. To enable the compilation of all results an analyze with Random effect model was carried out with software Review Manager Version 5.3 and presented with Forest plots. Comparisons were made over a period of 4-24 weeks. Results Flywheel training for a period of 4-24 weeks show a statistically significant increase in effect size for muscular hypertrophy (0,49), maximum strength (1,40), Power (1,00), horizontal-(0,54) and vertical movement (0,60). Conclusions There's support in published studies that healthy individuals perform better on dynamic strength tests as wells as functional test after flywheel training. The evidence is particularly strong that flywheel training develops maximum strength and Power in trained younger individuals and in shorter more intensive blocks. This meta-analysis has just compiled the differences in performance before and after flywheel training and therefore cannot say if the effect of flywheel training is greater than the effect of repeated measurements or other exercise.

Flywheel training is an increasingly popular training method that aids in the recovery process and promotes strength development while reducing the risk of re-injury. Additionally, automatic exercise classification offers athletes the convenience of effortlessly monitoring and tracking their training progress, enabling them to maintain consistency and achieve their fitness goals effectively. This thesis aims to investigate the feasibility and accuracy of developing a machine-learning model for classifying exercises performed on Exxentric kBox machines. The objective is to assess the model’s accuracy and determine whether the features provided by the Exxentric app are sufficient for constructing a robust classifier. To lay a strong foundation for the investigation, the research begins with a comprehensive literature review of exercise recognition studies. An exploratory data analysis is then conducted to gain valuable insights into the characteristics of the exercise data. The data preparation phase involves various techniques such as cleaning, feature engineering, scaling, sampling, and encoding to optimize the data for modeling. Moreover, signal processing techniques are employed to extract relevant features from the exercise data. A testing protocol is established, consisting of two sets of ten exercises. Each exercise is performed with a randomized number of repetitions, ranging from 5 to 12 repetitions. Data collection is carried out with the participation of ten individuals using the Exxentric App on their smartphones. Different types of classifiers are trained using data from the Exxentric database and tested on the collected data on-site, employing the generated features. Additionally, a CNN classifier is explored, utilizing only angular velocity as input. Comparative analysis is performed on the evaluation metrics of the models. In conclusion, while achieving accurate classification for all ten exercises was not fully realized, the CNN model relying on angular velocity as input exhibited promising results. Notably, squats were predicted correctly 95% of the time, which is the most prominent observation. The model also demonstrated significant accuracy in correctly identifying bent-over rows (72%), deadlifts (72.2%), standing calf raises (70.6%), and biceps curls (67%). Further research is warranted to improve the effectiveness and accuracy of exercise classification models. This includes exploring alternative input methods and refining feature engineering techniques to advance the field. / Svänghjulsträning är en alltmer populär träningsmetod som underlättar återhämtningsprocessen och främjar styrkeutveckling samtidigt som den minskar risken för nya skador. Dessutom erbjuder automatisk träningsklassificering idrottare bekvämligheten att enkelt övervaka och spåra sina träningsframsteg, vilket gör det möjligt för dem att upprätthålla konsekvens och effektivt uppnå sina träningsmål. Denna avhandling syftar till att undersöka genomförbarheten och noggrannheten hos att utveckla en maskininlärningsmodell för att klassificera övningar som utförs på Exxentric kBox-maskiner. Målet är att bedöma modellens noggrannhet och avgöra om funktionerna som tillhandahålls av Exxentric-appen är tillräckliga för att konstruera en robust klassificerare. För att lägga en stark grund för undersökningen inleds forskningen med en omfattande litteraturgenomgång av studier om igenkänning av övningar. Därefter genomförs en explorativ dataanalys för att få värdefulla insikter om egenskaperna hos övningsdatan. Dataförberedelsen innefattar olika tekniker såsom rengöring, funktionsteknik, skalning, provtagning och kodning för att optimera datan för modellering. Dessutom används signalbehandlingstekniker för att extrahera relevanta egenskaper från övningsdatan. En testprotokoll etableras, bestående av två uppsättningar med tio övningar. Varje övning utförs med ett slumpmässigt antal repetitioner, från 5 till 12 repetitioner. Insamlingen av data utförs med deltagande av tio individer som använder Exxentric-appen på sina smartphones. Olika typer av klassificerare tränas med hjälp av data från Exxentricdatabasen och testas på den insamlade datan på plats genom att använda de genererade egenskaperna. Dessutom undersöks en CNN-klassificerare som enbart använder vinkelhastighet som indata. En jämförande analys utförs på utvärderingsmåtten för modellerna. Slutsatsen är att även om det inte var möjligt att uppnå en korrekt klassificering för alla tio övningar, uppvisade CNN-modellen, med enbart vinkelhastighet som indata, lovande resultat. Noterbart är att knäböjningar korrekt förutsades 95% av tiden, vilket är den mest framträdande observationen. Modellen visade även betydande noggrannhet vid korrekt identifiering av stående rodd (72%), marklyft (72,2%), stående vadpress (70,6%) och bicepscurls (67%). Ytterligare forskning motiveras för att förbättra effektiviteten och noggrannheten hos modeller för klassificering av övningar. Detta inkluderar att utforska alternativa metoder för indata och att förbättra teknikerna för funktionsteknik för att vidareutveckla området.

The project Austerland Energi at the eastern tip of the island of Gotland called Östergarnslandet was started as a response to the larger project Omställning Gotland funded by the Swedish government as an effort for a pilot project to convert to renewable energy to reach zero CO2-emissions for the country in 2045. The current plan for the Austerland energy system is a solar PV and wind production base with energy storage in the form of batteries and hydrogen which also can be used as vehicle fuel. The system will also continue to be connected to the grid and the annual electricity consumption for the area is 3.4 GWh, including both households and agricultural activities. The energy system has been modeled by Energenious, a company based in Berlin, Germany, who recommended a battery storage and electrically driven vehicles. The total investment cost of which was 30.099 MSEK and the operation and maintenance cost was 2,780 kSEK/year and the emission rate was 138 ton/year.  The yearly global horizontal irradiance is approximately 1,060 kWh/m2 at the location, the average wind speed is 7.5-8.5 m/s at 100 m hub height, but the wind turbine would have to be lower because of the Östergarnslandet being a protected area for the beautiful scenery. The heat production is mostly individual for each household or farm with either heat pumps or biomass boilers. There are no options for hydropower at the location and there is a desalination plant and a water treatment facility which provides the households and farms with drinking and irrigation water. The alternative energy storage solutions investigated in this thesis includes Flywheel, Redox flow battery, Pumped hydro, Deep Sea pumped hydro, Supercapacitors, Compressed air energy storage and Thermal energy storage. The first three of which were included in the models of the system. For the Future scenario changes of the energy consumption, the patterns of change for the households were based on national and regional trends the last 25 years.  The Austerland energy system was modeled using the software Homer Pro, where the base case of using batteries and batteries together with hydrogen storage was analyzed. The batteries were then switched to flywheels, a redox flow battery and a pumped hydro system respectively and analyzed with and without the hydrogen storage. The results showed that the recommended storage solution was still the batteries since the flywheel storage has too short storage duration, the flow battery storage is more expensive, and the pumped hydro storage has a complicated installation process. However, the recommended size of the batteries was half that of the recommended size provided by the Energenious models and the results also showed that the system would be suitable for a future change of the consumption patterns.  Lastly, the sustainability analysis showed that all the alternative energy storage devices have a slightly less CO2-emission rate, but none of the systems had a emission rate as low as that calculated by Energenious. However, when considering any of the components in an energy system, a more thorough investigation of environmental and social issues of the production process should be made. The investigation should include studying working conditions, wages, suspicions about child labour, process waste streams and other emissions streams and ethical values at the production company. / Projektet Austerland Energi är lokaliserat på ön Gotlands östra spets kallat Östergarnslandet. Projektet startades som ett efterfrågat initiativ genom det större projektet Omställning Gotland vilket är finansierat av den svenska regeringen. Omställning Gotland är för ett pilotprojekt för att ställa om till förnybar energi i landet och för att nå netto noll CO2-utsläpp i landet år 2045. Den nuvarande planen för Östergarns energisystem är en solcells- och vind produktions bas med energilagring i form av batterier och vätgas vilket också kan användas som fordonsbränsle. Systemet kommer även fortsättningsvis att vara anslutet till det lokala elnätet och den årliga elförbrukningen för området är 3.4 GWh inklusive både hushåll och lantbruksverksamhet. Energisystemet har modellerats av Energenious, ett företag baserat i Berlin, Tyskland, som rekommenderade batterilagring och elfordon snarare än att använda vätgas. Den totala investeringskostnaden var beräknad till 30,099 MSEK och drift- och underhållskostnaden var 2,780 kSEK/år och CO2-utsläppen var 138 ton/år.  Den årliga solinstrålningen på Östergarn är cirka 1,060 kWh/m2, medelvindhastigheten är 7.5-8.5 m/s vid 100 m navhöjd, men vindkraftverket måste vara lägre än så eftersom Östergarnslandet är ett skyddat område på grund av det vackra landskapet. Värme förses mestadels individuellt för varje hushåll eller gård med hjälp av antingen värmepumpar eller värmepannor som använder biomassa. Det finns ingen möjlighet för vattenkraft på denna del av Gotland men det finns en avsaltningsanläggning och en vattenreningsanläggning som förser hushållen och gårdarna med dricksvatten och vatten för bevattnings. De alternativa energilagrings lösningar som undersöks i denna avhandling inkluderar svänghjul, redox flödesbatteri, ett pumpkraftverk antingen på land eller till havs, superkondensatorer, trycklufts lagring och lagring av termisk energi. De tre förstnämnda alternativen ingick i modelleringen utförd i detta arbete. För undersökningen av framtida energiförbruknings förändringar, undersöktes utvecklingen för hushållen på nationella och regional nivå under de senaste 25 åren. Austerlands energisystem modellerades med hjälp av programvaran Homer Pro, där originalmodellen med endast eller batterier tillsammans med vätgaslagring analyserades. Batterierna byttes sedan till svänghjul, ett redox flödesbatteri respektive ett pumpkraftverk och analyserades med och utan vätgaslagringen. Resultaten visade att den rekommenderade lagringslösningen fortfarande var batterierna eftersom svänghjulet har för kort lagringstid, flödesbatteriet är för dyrt och pumpkraftverket har en mycket mer komplicerad installationsprocess. Den rekommenderade storleken på batterierna visade sig dock vara hälften av den rekommenderade storleken från Energenious-modellerna och resultaten visade också att systemet kommer vara lämpligt för den beräknade framtida konsumtionen. Slutligen visade hållbarhetsanalysen att alla alternativa energi lagringstyper har en något lägre koldioxidutsläpp, men inget av systemen hade en så lågt utsläpp som beräknat av Energenious. När någon av komponenterna i ett energisystem övervägs bör dock en mer grundlig undersökning av miljömässiga och sociala frågor i produktionsprocessen göras. Undersökningen bör omfatta arbetsvillkor, löner, misstankar om barnarbete, avfallshantering och andra utsläpp under produktionsprocessen och etiska värderingar hos produktionsföretaget.